JP7749810B2 - Semiconductor device incorporating a substrate recess - Google Patents
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Description
本開示は、半導体デバイスに関し、より具体的には、半導体デバイスの改良された半導体構造及び関連する製造方法に関する。 This disclosure relates to semiconductor devices, and more particularly to improved semiconductor structures and related manufacturing methods for semiconductor devices.
米国政府の利益の記述
本発明は、研究設計担当国防次官(OUSD R&E)国防製造科学技術(DMS&T)によって授与された契約番号N000164-19-C-WP50の政府支援によってなされた。政府は、発明に対して所定の権利を有する。
STATEMENT OF U.S. GOVERNMENT INTEREST This invention was made with Government support under Contract No. N000164-19-C-WP50 awarded by the Under Secretary of Defense for Research and Design (OUSD R&E), Defense Manufacturing Science and Technology (DMS&T). The Government has certain rights in the invention.
ケイ素(Si)及びガリウムヒ素(GaAs)などの金属は、低電力で、Siの場合には、低周波数の用途のための半導体デバイスにおいて広い適用を見出してきた。しかしながら、これらの材料は、例えば、比較的小さなバンドギャップ(室温において、Siの場合には1.12eV及びGaAsの場合には1.42)及び比較的小さな降伏電圧により、高電力及び/又は高周波数用途にはあまり適していない場合がある。 Metals such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) have found wide application in semiconductor devices for low-power and, in the case of Si, low-frequency applications. However, these materials may be less suitable for high-power and/or high-frequency applications due, for example, to their relatively small bandgaps (1.12 eV for Si and 1.42 eV for GaAs at room temperature) and relatively small breakdown voltages.
高電力、高温及び/又は高周波数の用途及びデバイスの場合、炭化ケイ素(SiC)(例えば、室温において、4H-SiCの場合に約3.2eVのバンドギャップを有する)及びIII族窒化物(例えば、室温において、窒化ガリウム(GaN)の場合に約3.36eVのバンドギャップを有する)などの、広バンドギャップ半導体材料が使用されてよい。本明細書において使用されるように、「III族窒化物」という用語は、窒素(N)と、周期表のIII族の元素、通常は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)及び/又はインジウム(In)との間に形成される半導体化合物を指す。この用語は、GaN、AlGaN及びAlInGaNなどの、二元、三元及び四元化合物を指す。これらの化合物は、1モルの窒素が、1モルのIII族元素の合計と組み合わされる、実験式を有する。これらの材料は、GaAs及びSiと比較して、より高い電界絶縁破壊強度及びより高い電子飽和速度を有する場合がある。 For high-power, high-temperature, and/or high-frequency applications and devices, wide-bandgap semiconductor materials such as silicon carbide (SiC) (e.g., 4H—SiC has a bandgap of approximately 3.2 eV at room temperature) and Group III nitrides (e.g., gallium nitride (GaN) has a bandgap of approximately 3.36 eV at room temperature). As used herein, the term "Group III nitrides" refers to semiconductor compounds formed between nitrogen (N) and elements from Group III of the periodic table, usually aluminum (Al), gallium (Ga), and/or indium (In). The term refers to binary, ternary, and quaternary compounds such as GaN, AlGaN, and AlInGaN. These compounds have empirical formulas where one mole of nitrogen is combined with one mole of the total Group III elements. These materials may have higher electric field breakdown strengths and higher electron saturation velocities compared to GaAs and Si.
SiC及び/又はIII族窒化物から製造された半導体デバイスは、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、DMOS(二重拡散金属酸化物半導体)トランジスタ、HEMT(高電子移動度トランジスタ)、MESFET(金属半導体電界効果トランジスタ)、LDMOS(横方向拡散金属酸化物半導体)トランジスタなどを含む電界効果トランジスタ(FET)などの、パワー・トランジスタ・デバイスを含んでよい。 Semiconductor devices fabricated from SiC and/or Group III nitrides may include power transistor devices such as field effect transistors (FETs), including MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), DMOS (double-diffused metal oxide semiconductor) transistors, HEMTs (high electron mobility transistors), MESFETs (metal semiconductor field effect transistors), LDMOS (laterally diffused metal oxide semiconductor) transistors, etc.
本発明の幾つかの実施例によれば、半導体デバイスは、基板であって、基板の上面は凹所領域を備える、基板と、基板上の半導体構造であって、半導体構造の一部は凹所領域内にある、半導体構造と、半導体構造上のゲート・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びソース・コンタクトと、を備える。凹所領域は、ドレイン・コンタクト又はソース・コンタクトと垂直方向で重なり合っていない。 According to some embodiments of the present invention, a semiconductor device includes a substrate, the upper surface of which includes a recessed region; a semiconductor structure on the substrate, a portion of the semiconductor structure being within the recessed region; and a gate contact, a drain contact, and a source contact on the semiconductor structure. The recessed region does not vertically overlap the drain contact or the source contact.
幾つかの実施例において、半導体構造は、高電子移動度トランジスタ(HEMT)又は電界効果トランジスタ(FET)を含む。 In some embodiments, the semiconductor structure comprises a high electron mobility transistor (HEMT) or a field effect transistor (FET).
幾つかの実施例において、FETは、金属酸化物半導体FET(MOSFET)又は金属半導体FET(MESFET)を含む。 In some embodiments, the FET comprises a metal-oxide-semiconductor FET (MOSFET) or a metal-semiconductor FET (MESFET).
幾つかの実施例において、基板は、凹所領域に隣接して不純物領域を含む。 In some embodiments, the substrate includes an impurity region adjacent to the recessed region.
幾つかの実施例において、不純物領域は、p型不純物を含む。 In some embodiments, the impurity region includes p-type impurities.
幾つかの実施例において、不純物領域は、凹所領域の少なくとも1つの側壁及び/又は底面にある。 In some embodiments, the impurity region is located on at least one sidewall and/or bottom surface of the recessed region.
幾つかの実施例において、凹所領域内の半導体構造の一部は、p型ドーパントでドープされている。 In some embodiments, a portion of the semiconductor structure within the recessed region is doped with a p-type dopant.
幾つかの実施例において、凹所領域は、ソース・コンタクトの下からゲート・コンタクトの下まで延びる半導体構造の部分上にある。 In some embodiments, the recessed region is on a portion of the semiconductor structure that extends from beneath the source contact to beneath the gate contact.
幾つかの実施例において、凹所領域は、ドレイン・コンタクトの下からゲート・コンタクトの下まで延びる半導体構造の部分上にある。 In some embodiments, the recessed region is on a portion of the semiconductor structure that extends from beneath the drain contact to beneath the gate contact.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1のゲート・コンタクトを含み、半導体デバイスは、第2のゲート・コンタクトをさらに含み、凹所領域は、第1のゲート・コンタクトの下にある。 In some embodiments, the gate contact includes a first gate contact, the semiconductor device further includes a second gate contact, and the recessed region is below the first gate contact.
幾つかの実施例において、第1及び第2のゲート・コンタクトは、半導体構造上で第1の方向に延びており、凹所領域は、第1の方向に延びる長手方向軸線を有する。 In some embodiments, the first and second gate contacts extend in a first direction on the semiconductor structure, and the recessed region has a longitudinal axis extending in the first direction.
幾つかの実施例において、第1のゲート・コンタクトに関連した第1のトランジスタの第1のしきい値電圧は、第2のゲート・コンタクトに関連した第2のトランジスタの第2のしきい値電圧とは異なる。 In some embodiments, a first threshold voltage of the first transistor associated with the first gate contact is different from a second threshold voltage of the second transistor associated with the second gate contact.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1の方向に延びる長手方向軸線を有し、凹所領域は、ゲート・コンタクトの下に配置され且つ第1の方向に沿って互いに間隔を空けられた複数の凹所領域を含む。 In some embodiments, the gate contact has a longitudinal axis extending in a first direction, and the recessed region includes a plurality of recessed regions disposed below the gate contact and spaced apart from one another along the first direction.
幾つかの実施例において、半導体構造は、III族窒化物を含む。 In some embodiments, the semiconductor structure includes a Group III nitride.
本発明の幾つかの実施例によれば、半導体デバイスは、基板と、基板における不純物領域と、基板上の半導体構造と、半導体構造上のゲート・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びソース・コンタクトと、を備える。不純物領域上の半導体構造の第1の部分の第1の厚さは、半導体構造の第2の部分の第2の厚さよりも大きい。 According to some embodiments of the present invention, a semiconductor device includes a substrate, an impurity region in the substrate, a semiconductor structure on the substrate, and a gate contact, a drain contact, and a source contact on the semiconductor structure. A first thickness of a first portion of the semiconductor structure above the impurity region is greater than a second thickness of a second portion of the semiconductor structure.
幾つかの実施例において、不純物領域は、基板における凹所領域の少なくとも1つの側壁及び/又は底面上にある。 In some embodiments, the impurity region is on at least one sidewall and/or bottom surface of the recessed region in the substrate.
幾つかの実施例において、凹所領域は、半導体構造のソース・アクセス領域上及び/又は半導体構造のドレイン・アクセス領域上にある。 In some embodiments, the recessed region is over a source access region of the semiconductor structure and/or over a drain access region of the semiconductor structure.
幾つかの実施例において、凹所領域は、基板の底面に対して垂直な方向においてソース・コンタクト及び/又はドレイン・コンタクトと重なり合っていない。 In some embodiments, the recessed region does not overlap the source contact and/or the drain contact in a direction perpendicular to the bottom surface of the substrate.
幾つかの実施例において、不純物領域は、p型不純物を含む。 In some embodiments, the impurity region includes p-type impurities.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1のゲート・コンタクトを含み、半導体デバイスは、第2のゲート・コンタクトをさらに含み、半導体構造の第1の部分は、第1のゲート・コンタクトと基板との間にある。 In some embodiments, the gate contact includes a first gate contact, the semiconductor device further includes a second gate contact, and the first portion of the semiconductor structure is between the first gate contact and the substrate.
幾つかの実施例において、第1のゲート・コンタクトに関連した第1のトランジスタの第1のしきい値電圧は、第2のゲート・コンタクトに関連した第2のトランジスタの第2のしきい値電圧とは異なる。 In some embodiments, a first threshold voltage of the first transistor associated with the first gate contact is different from a second threshold voltage of the second transistor associated with the second gate contact.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1の方向に延びる長手方向軸線を有し、不純物領域は、ゲート・コンタクトの下で基板において第1の方向に沿って配置された複数の凹所領域のうちのそれぞれの1つの少なくとも1つの側壁及び/又は底面上にある。 In some embodiments, the gate contact has a longitudinal axis extending in the first direction, and the impurity region is on at least one sidewall and/or bottom surface of a respective one of a plurality of recessed regions disposed along the first direction in the substrate below the gate contact.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1の方向に延びる長手方向軸線を有し、不純物領域は、第1の方向に延びる長手方向軸線を有する基板における連続的なトレンチの少なくとも1つの側壁及び/又は底面上にある。 In some embodiments, the gate contact has a longitudinal axis extending in the first direction, and the impurity region is on at least one sidewall and/or bottom surface of a continuous trench in the substrate having a longitudinal axis extending in the first direction.
本発明の幾つかの実施例によれば、半導体デバイスは、基板であって、基板の上面は凹所領域を備える、基板と、基板における、凹所領域の少なくとも1つの側壁及び/又は底面上にある不純物領域と、凹所領域及び不純物領域上の半導体構造と、を備える。 According to some embodiments of the present invention, a semiconductor device includes a substrate, the top surface of which includes a recessed region; an impurity region in the substrate on at least one sidewall and/or bottom surface of the recessed region; and a semiconductor structure on the recessed region and the impurity region.
幾つかの実施例において、凹所領域上の半導体構造の第1の部分の第1の厚さは、凹所領域から離れた半導体構造の第2の部分の第2の厚さよりも大きい。 In some embodiments, a first thickness of a first portion of the semiconductor structure above the recessed region is greater than a second thickness of a second portion of the semiconductor structure away from the recessed region.
幾つかの実施例において、半導体デバイスは、半導体構造上にゲート・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びソース・コンタクトをさらに備える。凹所領域は、半導体構造のソース・アクセス領域及び/又は半導体構造のドレイン・アクセス領域上にある。 In some embodiments, the semiconductor device further comprises a gate contact, a drain contact, and a source contact on the semiconductor structure. The recessed region is on a source access region of the semiconductor structure and/or a drain access region of the semiconductor structure.
幾つかの実施例において、凹所領域は、基板の底面に対して垂直な方向においてソース・コンタクト及び/又はドレイン・コンタクトと重なり合っていない。 In some embodiments, the recessed region does not overlap the source contact and/or the drain contact in a direction perpendicular to the bottom surface of the substrate.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1のゲート・コンタクトを含み、半導体デバイスは、第2のゲート・コンタクトをさらに含み、凹所領域は、第1のゲート・コンタクトと基板との間にある。 In some embodiments, the gate contact includes a first gate contact, the semiconductor device further includes a second gate contact, and the recessed region is between the first gate contact and the substrate.
幾つかの実施例において、第1のゲート・コンタクトに関連した第1のトランジスタの第1のしきい値電圧は、第2のゲート・コンタクトに関連した第2のトランジスタの第2のしきい値電圧とは異なる。 In some embodiments, a first threshold voltage of the first transistor associated with the first gate contact is different from a second threshold voltage of the second transistor associated with the second gate contact.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1の方向に延びる長手方向軸線を有し、凹所領域は、ゲート・コンタクトの下の、第1の方向に沿って間隔を空けられた複数の凹所を含む。 In some embodiments, the gate contact has a longitudinal axis extending in a first direction, and the recessed region includes a plurality of recesses below the gate contact and spaced apart along the first direction.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクトは、第1の方向に延びる長手方向軸線を有し、凹所領域は、第1の方向に延びる長手方向軸線を有する基板における連続的なトレンチを含む。 In some embodiments, the gate contact has a longitudinal axis extending in the first direction, and the recessed region comprises a continuous trench in the substrate having a longitudinal axis extending in the first direction.
幾つかの実施例において、不純物領域は、p型不純物を含む。 In some embodiments, the impurity region includes p-type impurities.
幾つかの実施例によるその他のデバイス、装置及び/又は方法が、以下の図面及び詳細な説明を検討することにより当業者に明らかとなるであろう。全てのこのような追加的な実施例は、上記の実施例のあらゆる及び全ての組合せに加え、この説明に含まれ、発明の範囲に含まれ、添付の請求項によって保護されることが意図されている。 Other devices, apparatus, and/or methods according to some embodiments will become apparent to one of ordinary skill in the art upon examination of the following drawings and detailed description. All such additional embodiments, as well as any and all combinations of the above embodiments, are intended to be included within this description, be within the scope of the invention, and be protected by the accompanying claims.
詳細な説明
発明の実施例が示されている添付の図面を参照して、以下に本発明の概念の実施例をより詳細に説明する。しかしながら、発明の概念は、多くの異なる形態で具体化されてよく、本明細書に示された実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が徹底的且つ完全となり、当業者に発明の概念の範囲を完全に伝達するように提供される。同一の番号は、全体を通じて同じ要素を指す。
DETAILED DESCRIPTION [0023] Exemplary embodiments of the inventive concepts are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which embodiments of the invention are shown. However, the inventive concepts may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the inventive concepts to those skilled in the art. Like numbers refer to like elements throughout.
本開示は、デバイスのオン抵抗が低減される及び/又はデバイスのゲートしきい値が調整される半導体デバイスを提供する。デバイスの抵抗の低減及び/又はゲートしきい値の調整は、部分的に、半導体デバイスの基板における凹所領域の利用によって達成される。凹所領域の位置は、デバイスに対する様々な有利な改良を提供するために変更されてよい。 The present disclosure provides semiconductor devices in which the on-resistance of the device is reduced and/or the gate threshold of the device is adjusted. The reduction in device resistance and/or the adjustment in gate threshold is achieved, in part, through the use of recessed regions in the substrate of the semiconductor device. The location of the recessed regions may be varied to provide various advantageous improvements to the device.
HEMTデバイスとの関連において、本開示は、HEMTデバイスの特徴(例えば、しきい値電圧)へのGaNバッファ厚さの影響の認識から生じてよい。GaNバッファは、HEMTデバイスの選択的な領域においてGaN充填されたトレンチ及び/又は凹所領域を含むことによってモノリシックに一体化されてよい。幾つかの実施例において、GaN充填されたトレンチ及び/又は凹所領域は、隣接するゲート・フィールドから生じる空乏を低減するソース・アクセス領域の下に配置されてよい。この領域における空乏の減少は、HEMTデバイスの抵抗を低減する。幾つかの実施例において、GaN充填されたトレンチ及び/又は凹所の使用は、トラッピング減少において使用される埋め込まれたP領域と組み合わされてよい。 In the context of HEMT devices, the present disclosure may arise from the recognition of the effect of GaN buffer thickness on HEMT device characteristics (e.g., threshold voltage). The GaN buffer may be monolithically integrated by including GaN-filled trench and/or recessed regions in selective regions of the HEMT device. In some embodiments, the GaN-filled trench and/or recessed regions may be located below the source access region to reduce depletion resulting from the adjacent gate field. The reduced depletion in this region reduces the resistance of the HEMT device. In some embodiments, the use of GaN-filled trenches and/or recesses may be combined with buried P regions used in trapping reduction.
図1A~図1Cは、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス300の例示的な実施例を示す。図1A~図1Cは、識別及び説明のための構造を表すことを意図されており、構造を物理的スケールで表すことは意図されていない。 FIGS. 1A-1C illustrate an exemplary embodiment of a semiconductor device 300 according to some embodiments of the present disclosure. FIGS. 1A-1C are intended to depict structures for identification and explanation purposes and are not intended to depict the structures to physical scale.
図1Aを参照すると、半導体デバイス300は、基板322と、基板322上の半導体構造390とを含む。図1Aの半導体構造390は、本明細書においてさらに説明されるように、多くのタイプ及び/又は構成の半導体要素を組み込んでよい一般的な半導体構造390として示された、概略的な実例である。 With reference to FIG. 1A, semiconductor device 300 includes a substrate 322 and a semiconductor structure 390 on substrate 322. The semiconductor structure 390 of FIG. 1A is a schematic illustration shown as a generic semiconductor structure 390 that may incorporate many types and/or configurations of semiconductor elements, as further described herein.
半導体構造390は、炭化ケイ素(SiC)基板又はサファイア基板などの基板322上に提供されてよい。基板322は、半絶縁性SiC基板であってよい。しかしながら、本開示の実施例は、サファイア(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミニウムガリウム窒化物(AlGaN)、窒化ガリウム(GaN)、ケイ素(Si)、GaAs、LGO、酸化亜鉛(ZnO)、LAO、リン化インジウム(InP)などのあらゆる適切な基板を利用してよい。基板322は、SiCウェハであってよく、半導体デバイス300は、少なくとも部分的に、ウェハレベル・プロセシングを介して形成されてよく、ウェハは、次いで、複数のユニット・セル・トランジスタ構造を含むダイを提供するためにダイシング又はさもなければ単一化されてよい。「半絶縁」という用語は、絶対的な意味ではなく、本明細書において説明的に使用される。幾つかの実施例において、基板322は、n型伝導性を有するようにドーピングされてよい。 The semiconductor structure 390 may be provided on a substrate 322, such as a silicon carbide (SiC) substrate or a sapphire substrate. The substrate 322 may be a semi -insulating SiC substrate. However, embodiments of the present disclosure may utilize any suitable substrate, such as sapphire ( Al2O3 ), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), gallium nitride (GaN), silicon (Si), GaAs, LGO, zinc oxide (ZnO), LAO, indium phosphide (InP), etc. The substrate 322 may be a SiC wafer, and the semiconductor device 300 may be formed, at least in part, through wafer-level processing, which may then be diced or otherwise singulated to provide dies including a plurality of unit cell transistor structures. The term "semi-insulating" is used descriptively herein, not in an absolute sense. In some embodiments, the substrate 322 may be doped to have n-type conductivity.
半導体構造390は、幾つかの実施例においてSiCベース及び/又はIII族窒化物ベース材料であってよい。半導体構造390の一部は、半導体デバイス300のチャネル領域を画定してよい。チャネル領域は、半導体デバイス300のソース領域215とドレイン領域205との間に延びていてよい。チャネル領域における伝導は、ゲート・コンタクト310に提供される信号によって制御されてよい。信号は、ソース・コンタクト315を介してソース領域215へ、またドレイン・コンタクト305を介してドレイン領域205へ提供されてよい。ソース・コンタクト315の下からゲート・コンタクト310の下までの半導体構造390の部分は、ソース・アクセス領域(SAR)と呼ばれてよく、ドレイン・コンタクト305の下からゲート・コンタクト310の下までの半導体構造390の部分は、ドレイン・アクセス領域(DAR)と呼ばれてよい。 The semiconductor structure 390 may be SiC-based and/or III-nitride-based material in some embodiments. A portion of the semiconductor structure 390 may define a channel region of the semiconductor device 300. The channel region may extend between the source region 215 and the drain region 205 of the semiconductor device 300. Conduction in the channel region may be controlled by a signal provided to the gate contact 310. The signal may be provided to the source region 215 via the source contact 315 and to the drain region 205 via the drain contact 305. The portion of the semiconductor structure 390 from below the source contact 315 to below the gate contact 310 may be referred to as the source access region (SAR), and the portion of the semiconductor structure 390 from below the drain contact 305 to below the gate contact 310 may be referred to as the drain access region (DAR).
図1Aには示されていないが、半導体デバイス300は、絶縁層、パッシベーション層、金属伝送線路などのその他の要素を含んでよい。デバイスの他の部分に重点を置くためにこれらの要素は図1Aには示されていないが、当業者によって理解されるように、これらのその他の要素は、半導体デバイス300の機能のために必要に応じて存在してよい。 Although not shown in FIG. 1A, semiconductor device 300 may include other elements, such as insulating layers, passivation layers, metal transmission lines, etc. These elements are not shown in FIG. 1A to focus on other portions of the device, but as will be understood by those skilled in the art, these other elements may be present as necessary for the functionality of semiconductor device 300.
一般的な視点から、半導体デバイス300は、ゲート・コンタクト310の制御下でソース領域215とドレイン領域205との間を流れる電子の原理に従って動作する。本明細書においてさらに説明されるように、半導体構造390の構成は、それによってこの動作が確立されるメカニズムに影響する場合がある。半導体デバイス300のソース、ドレイン及びゲートの配置によって画定されたそれぞれの領域は、それぞれ図1Aに示された、半導体デバイス300の抵抗に影響することができる。このような領域は、ソース・コンタクト抵抗領域380、ソース・アクセス領域抵抗領域382、ゲート・コンタクト抵抗領域384、ドレイン・アクセス領域抵抗領域386及びドレイン・コンタクト抵抗領域388を含む。 From a general perspective, semiconductor device 300 operates according to the principle of electrons flowing between source region 215 and drain region 205 under the control of gate contact 310. As explained further herein, the configuration of semiconductor structure 390 can affect the mechanism by which this operation is established. Each of the regions defined by the placement of the source, drain, and gate of semiconductor device 300 can affect the resistance of semiconductor device 300, each of which is shown in FIG. 1A. Such regions include source contact resistance region 380, source access region resistance region 382, gate contact resistance region 384, drain access region resistance region 386, and drain contact resistance region 388.
ソース・コンタクト抵抗領域380は、ソース・コンタクト315と垂直方向で重なり合った半導体構造390の領域である。ゲート・コンタクト抵抗領域384は、ゲート・コンタクト310と垂直方向で重なり合った半導体構造390の領域である。ドレイン・コンタクト抵抗領域388は、ドレイン・コンタクト305と垂直方向で重なり合った半導体構造390の領域である。本明細書において使用されるように「要素Bと垂直方向で重なる要素A」(又は類似の表現)は、両要素A及びBと交差する少なくとも1つの垂直な線が存在することを意味すると理解される。垂直方向とは、基板の底面に対して垂直な方向(例えば、Z方向)であってよい。 Source contact resistance region 380 is the region of semiconductor structure 390 that vertically overlaps source contact 315. Gate contact resistance region 384 is the region of semiconductor structure 390 that vertically overlaps gate contact 310. Drain contact resistance region 388 is the region of semiconductor structure 390 that vertically overlaps drain contact 305. As used herein, "element A vertically overlapping element B" (or similar expression) is understood to mean that there is at least one vertical line that intersects both elements A and B. The vertical direction may be perpendicular to the bottom surface of the substrate (e.g., the Z direction).
ソース凹所領域抵抗領域382は、ソース・コンタクト抵抗領域380とゲート・コンタクト抵抗領域384との間に延びている。ソース・アクセス領域抵抗領域382は、ソース・アクセス領域(SAR)と垂直方向で重なり合っていてよい。ドレイン・アクセス領域抵抗領域386は、ドレイン・コンタクト抵抗領域388とゲート・コンタクト抵抗領域384との間に延びている。ドレイン・アクセス領域抵抗領域386は、ドレイン・アクセス領域(DAR)と垂直方向で重なり合っていてよい。半導体デバイス300の構成及び/又は動作は、ソース・アクセス領域(SAR)における第1の空乏領域342と、ドレイン・アクセス領域(DAR)における第2の空乏領域344とを形成してよい。 The source recessed region resistance region 382 extends between the source contact resistance region 380 and the gate contact resistance region 384. The source access region resistance region 382 may vertically overlap the source access region (SAR). The drain access region resistance region 386 extends between the drain contact resistance region 388 and the gate contact resistance region 384. The drain access region resistance region 386 may vertically overlap the drain access region (DAR). Configuration and/or operation of the semiconductor device 300 may form a first depletion region 342 in the source access region (SAR) and a second depletion region 344 in the drain access region (DAR).
ソース・コンタクト抵抗領域384、ソース・アクセス領域抵抗領域382、ゲート・コンタクト抵抗領域384、ドレイン・アクセス領域抵抗領域386及びドレイン・コンタクト抵抗領域388の位置は、概略的であり、本開示を限定することは意図されていない。 The locations of the source contact resistance region 384, the source access region resistance region 382, the gate contact resistance region 384, the drain access region resistance region 386, and the drain contact resistance region 388 are approximate and are not intended to limit the present disclosure.
凹所領域360が、基板322に形成されてよい。凹所領域360は、基板322に非線形上面322Aを提供してよい。例えば、凹所領域360内の基板の底面322Bの上の基板の上面の高さ322Aは、凹所領域360の外の基板の底面322Bの上の基板322の上面322Aの高さよりも小さくてよい。幾つかの実施例において、凹所領域360の深さDrは、0.05μm~0.4μmであってよい。幾つかの実施例において、(例えば、図1AにおけるX方向での)トレンチの幅は、0.5μm~7μmであってよい。 A recessed region 360 may be formed in the substrate 322. The recessed region 360 may provide the substrate 322 with a non-linear upper surface 322A. For example, the height 322A of the upper surface of the substrate above the bottom surface 322B of the substrate within the recessed region 360 may be less than the height of the upper surface 322A of the substrate 322 above the bottom surface 322B of the substrate outside the recessed region 360. In some embodiments, the depth Dr of the recessed region 360 may be between 0.05 μm and 0.4 μm. In some embodiments, the width of the trench (e.g., in the X direction in FIG. 1A) may be between 0.5 μm and 7 μm.
凹所領域360の結果、ソース・アクセス領域(SAR)における(例えば、凹所領域360の上の)半導体構造390の第1の深さD1は、ドレイン・アクセス領域(DAR)における半導体構造390の第2の深さD2よりも大きくてよい。ここで、半導体構造390の深さとは、垂直方向(例えば、基板322の底面322Bに対して垂直な方向、即ち図1AにおけるZ方向)における半導体構造390の上面390Aと基板322の上面322Aとの間の距離を言う。 As a result of the recessed region 360, the first depth D1 of the semiconductor structure 390 in the source access region (SAR) (e.g., above the recessed region 360) may be greater than the second depth D2 of the semiconductor structure 390 in the drain access region (DAR). Here, the depth of the semiconductor structure 390 refers to the distance between the top surface 390A of the semiconductor structure 390 and the top surface 322A of the substrate 322 in the vertical direction (e.g., perpendicular to the bottom surface 322B of the substrate 322, i.e., the Z direction in FIG. 1A).
増大した深さD1の結果、凹所360を含まないデバイスと比較して、第1の空乏領域342内で電荷蓄積が小さくなり且つ空乏が減じられる場合がある。電荷蓄積の減少は、半導体デバイス300のオン抵抗を低下させる場合がある。 The increased depth D1 may result in less charge storage and reduced depletion within the first depletion region 342 compared to a device that does not include the recess 360. The reduced charge storage may lower the on-resistance of the semiconductor device 300.
幾つかの実施例において、凹所領域360は、ソース・コンタクト315と重なり合わないように配置されてよい。より具体的には、ソース・コンタクト315とソース領域215との間に境界面315Aが存在してよい。凹所領域360は、ソース・コンタクト315とソース領域215との間の境界面315Aと垂直方向で重なり合わない(例えば、Z方向で重なり合わない)ように形成されてよい。幾つかの実施例において、ソース・コンタクト境界面315Aの下の(例えば、ソース・コンタクト抵抗領域380における)半導体構造390の深さ/厚さを増大させることにより、デバイスのソース抵抗が増大する場合がある。しかしながら、本開示の実施例は、凹所領域360がソース・コンタクト315と重なり合わないこのような実施例に限定されない。幾つかの実施例において、凹所領域360の一部は、ソース・コンタクト315とソース領域215との間の境界面と垂直方向で重なり合って(例えば、Z方向で重なり合って)よい。 In some embodiments, the recessed region 360 may be positioned so as not to overlap the source contact 315. More specifically, an interface 315A may exist between the source contact 315 and the source region 215. The recessed region 360 may be formed so as not to overlap the interface 315A between the source contact 315 and the source region 215 in the vertical direction (e.g., not to overlap in the Z direction). In some embodiments, increasing the depth/thickness of the semiconductor structure 390 below the source contact interface 315A (e.g., in the source contact resistance region 380) may increase the source resistance of the device. However, embodiments of the present disclosure are not limited to such embodiments in which the recessed region 360 does not overlap the source contact 315. In some embodiments, a portion of the recessed region 360 may overlap the interface between the source contact 315 and the source region 215 in the vertical direction (e.g., overlap in the Z direction).
凹所領域360は、ソース・コンタクト315及び/又はゲート・コンタクト310の長手方向(例えば、図1AにおけるY方向)に対して平行に延びる長手方向軸線を有するように形成されてよい。図1Bは、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス300の平面図を示す。図1Aは、図1Bにおける線A-Aに沿って見た断面に対応する。 The recessed region 360 may be formed to have a longitudinal axis extending parallel to the longitudinal direction (e.g., the Y direction in FIG. 1A) of the source contact 315 and/or the gate contact 310. FIG. 1B shows a plan view of a semiconductor device 300 according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 1A corresponds to a cross section taken along line A-A in FIG. 1B.
図1Bを参照すると、幾つかの実施例において、デバイスは、基板322上に複数のソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト305及びゲート・コンタクト310を含んでよい。複数のドレイン・コンタクト305及びソース・コンタクト315は、基板322上に交互に配置されていてよい。ゲート・コンタクト310は、その例が図1BにTC1及びTC2として示されている複数のトランジスタ・ユニット・セルを形成するように、隣接するドレイン・コンタクト305とソース・コンタクト315との間に配置されていてよい。トランジスタ・ユニット・セルTC1、TC2のそれぞれは、ソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト305及びゲート・コンタクト310を含んでよい。図1A及び図1Bは、説明を容易にするためにソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト305及びゲート・コンタクト310のサブセットを示すが、半導体デバイス300は、図1A及び図1Bに示されていない追加のソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクト310を含む、追加の構造を有してよいことが理解されるであろう。当業者によって理解されるように、トランジスタは、ソース・コンタクト315とドレイン・コンタクト305との間のゲート・コンタクト310の制御下にあるソース・コンタクト315とドレイン・コンタクト305との間の活性領域によって形成されてよい。 Referring to FIG. 1B, in some embodiments, a device may include a plurality of source contacts 315, drain contacts 305, and gate contacts 310 on a substrate 322. The plurality of drain contacts 305 and source contacts 315 may be arranged in an alternating pattern on the substrate 322. A gate contact 310 may be arranged between adjacent drain contacts 305 and source contacts 315 to form a plurality of transistor unit cells, examples of which are shown as TC1 and TC2 in FIG. 1B. Each of the transistor unit cells TC1, TC2 may include a source contact 315, a drain contact 305, and a gate contact 310. 1A and 1B show a subset of the source contacts 315, drain contacts 305, and gate contacts 310 for ease of explanation, it will be understood that the semiconductor device 300 may have additional structures, including additional source contacts 315, drain contacts, and gate contacts 310 not shown in FIGS. 1A and 1B. As will be understood by those skilled in the art, a transistor may be formed by the active region between the source contacts 315 and drain contacts 305 under the control of the gate contact 310 between the source contacts 315 and drain contacts 305.
図1Bにおいて、半導体デバイス300の追加の電気接続及びその他の構造を提供するための金属配線層、絶縁層及び/又はビアなどの構造は示されていない。 Not shown in FIG. 1B are structures such as metal wiring layers, insulating layers, and/or vias for providing additional electrical connections and other structures for semiconductor device 300.
図1Bに示されているように、凹所領域360は、幾つかの実施例において、ソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト305及び/又はゲート・コンタクト310の長手方向軸線(例えば、Y方向)に対して平行にソース・アクセス領域(SAR)において長手方向軸線を有する連続的なトレンチとして延びていてよい。凹所領域360は、凹所領域360の反対側の端部において、反対側に位置する終点360A、360Bを有してよい。幾つかの実施例において、終点360A、360Bは、凹所領域360がソース・コンタクト315の長さの大部分、例えば、80%超に沿って延びるように形成されてよい。幾つかの実施例において、(例えば、図1BにおけるY方向での)凹所領域360の長さは、ソース・コンタクト315の長さよりも大きくてよい。例えば、幾つかの実施例において、終点360A、360Bのうちの1つ又は複数は、ソース・コンタクト315の反対側の端部を超えて延びていてよい。 As shown in FIG. 1B , in some embodiments, recessed region 360 may extend as a continuous trench having a longitudinal axis in the source access region (SAR) parallel to the longitudinal axis (e.g., Y direction) of source contact 315, drain contact 305, and/or gate contact 310. Recessed region 360 may have opposite termination points 360A, 360B at opposite ends of recessed region 360. In some embodiments, termination points 360A, 360B may be formed such that recessed region 360 extends along a majority of the length of source contact 315, e.g., greater than 80%. In some embodiments, the length of recessed region 360 (e.g., in the Y direction in FIG. 1B ) may be greater than the length of source contact 315. For example, in some embodiments, one or more of the endpoints 360A, 360B may extend beyond the opposite end of the source contact 315.
図1Cは、凹所領域360の追加的な実施例を示す。図1Cに示されているように、複数の凹所領域360は、ソース・コンタクト315に対して実質的に平行な方向(例えば、図1CにおけるY方向)に沿って配置された複数のトレンチによって形成されてよい。ソース・アクセス領域(SAR)において、複数の凹所領域360は、第3の距離D3だけ互いに間隔を空けられていてよい。幾つかの実施例において、第3の距離D3は、0.5μm~7μmであってよい。 Figure 1C illustrates additional embodiments of recessed regions 360. As shown in Figure 1C, the recessed regions 360 may be formed by trenches arranged along a direction substantially parallel to the source contacts 315 (e.g., the Y direction in Figure 1C). In the source access region (SAR), the recessed regions 360 may be spaced apart from one another by a third distance D3. In some embodiments, the third distance D3 may be between 0.5 μm and 7 μm.
図2は、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス300’の実施例を示す断面図である。図1A~図1Cの要素と実質的に同じである図2の要素の説明は、省略する。 Figure 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device 300' according to some embodiments of the present disclosure. Elements in Figure 2 that are substantially the same as elements in Figures 1A-1C will not be described.
図2を参照すると、幾つかの実施例において、不純物領域375が基板322に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375は、凹所領域360を形成するトレンチの反対側の側壁に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375は、不純物領域375が凹所領域360の下に配置されるように基板322においてより深く形成されてよい。 Referring to FIG. 2 , in some embodiments, impurity region 375 may be formed in substrate 322. In some embodiments, impurity region 375 may be formed on the opposite sidewall of the trench that forms recessed region 360. In some embodiments, impurity region 375 may be formed deeper in substrate 322 such that impurity region 375 is disposed below recessed region 360.
幾つかの実施例において、不純物領域375は、p型材料から形成されてよい。例えば、不純物領域375は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)及び/又はタリウム(Tl)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料のドーピングによって(例えば、イオン注入を介して)形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375のp型伝導性は、基板322のn型伝導性とは異なってよい。幾つかの実施例において、不純物領域375は、基板322の上面322Aに対して垂直な変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375は、完全な活性領域を横切って横方向に延びていなくてよい。例えば、不純物領域375は、ドレイン・コンタクト305、ソース・コンタクト315及び/又はゲート・コンタクト310のうちの1つ又は複数と垂直方向で重なり合っていなくてよい。 In some embodiments, impurity region 375 may be formed from a p-type material. For example, impurity region 375 may be formed by doping (e.g., via ion implantation) with aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), indium (In), and/or thallium (Tl), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, the p-type conductivity of impurity region 375 may differ from the n-type conductivity of substrate 322. In some embodiments, impurity region 375 may be configured to have a varying doping and/or implantation profile perpendicular to top surface 322A of substrate 322. In some embodiments, impurity region 375 may not extend laterally across the entire active region. For example, impurity region 375 may not vertically overlap one or more of drain contact 305, source contact 315, and/or gate contact 310.
幾つかの実施例において、基板322における不純物領域375の存在は、半導体デバイス300’におけるトラッピングを低減し得る。幾つかの実施例において、ドレイン領域205からソース領域215への電圧の一部は、不純物領域375において降下させられ得る。これは、また、横方向においてチャネルを欠乏させ得る。横方向空乏は、横方向電界を低減し、降伏電圧を上昇させ得る。幾つかの実施例において、必要な降伏電圧のために、よりコンパクトな構造を得ることができる。不純物領域375は、印加されたドレイン電圧を持続するために使用される半導体構造390のドーピング(例えば、C又はFe)を有する必要性を排除し得る。深いドーピング・レベルの排除は、動作条件下での減少した電流減少(例えば、トラッピングの不存在又は減少)につながり得る。さらに、幾つかの態様において、不純物領域375は、電界をサポートする。 In some embodiments, the presence of impurity region 375 in substrate 322 may reduce trapping in semiconductor device 300'. In some embodiments, a portion of the voltage from drain region 205 to source region 215 may be dropped in impurity region 375. This may also laterally deplete the channel. Lateral depletion may reduce the lateral electric field and increase the breakdown voltage. In some embodiments, a more compact structure may be obtained for the required breakdown voltage. Impurity region 375 may eliminate the need to have doping (e.g., C or Fe) in semiconductor structure 390 used to sustain the applied drain voltage. Elimination of deep doping levels may lead to reduced current flow (e.g., the absence or reduction of trapping) under operating conditions. Additionally, in some aspects, impurity region 375 supports an electric field.
図3は、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス300’’の実施例を示す断面図である。図1A~図1Cの要素と実質的に同じ図3の要素の説明は省略する。 Figure 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device 300'' according to some embodiments of the present disclosure. Elements in Figure 3 that are substantially identical to elements in Figures 1A-1C will not be described.
図3を参照すると、幾つかの実施例において、不純物領域375’が、凹所領域360内で半導体構造390に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’は、凹所領域360を形成するトレンチの底面及び/又は側壁のうちの1つ又は複数に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’は、凹所領域360を完全に充填してよいが、本開示はそれに限定されない。不純物領域375’は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料を含んでよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’は、凹所領域360内に、垂直方向又は横方向に、変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。図3に示されたp型層の使用は、図2に関して本明細書に説明されているものと同じ利点を半導体デバイス300’’に提供し得る。幾つかの実施例において、不純物領域375’の不純物導電型は、不純物領域375’に直ぐ隣接する半導体構造390の部分とは異なってよい。例えば、幾つかの実施例において、不純物領域375’は、p型領域であってよく、不純物領域375’に直ぐ隣接する半導体構造390の部分は、n型であるようにドーピングされてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’と、不純物領域375’に直ぐ隣接する半導体構造390の部分とは、同じ導電型(例えば、両方ともp型)を有してよいが、不純物領域375’内のドーパントの濃度は、不純物領域375’に直ぐ隣接する半導体構造390の部分のものよりも高くてよい。 3, in some embodiments, an impurity region 375' may be formed in the semiconductor structure 390 within the recessed region 360. In some embodiments, the impurity region 375' may be formed in one or more of the bottom and/or sidewalls of the trench forming the recessed region 360. In some embodiments, the impurity region 375' may completely fill the recessed region 360, although the disclosure is not limited thereto. The impurity region 375' may include aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, the impurity region 375' may be configured to have a doping and/or implantation profile that varies vertically or laterally within the recessed region 360. The use of a p-type layer as shown in FIG. 3 may provide the same advantages to the semiconductor device 300'' as those described herein with respect to FIG. 2. In some embodiments, the impurity conductivity type of impurity region 375' may be different from the portion of semiconductor structure 390 immediately adjacent to impurity region 375'. For example, in some embodiments, impurity region 375' may be a p-type region, and the portion of semiconductor structure 390 immediately adjacent to impurity region 375' may be doped to be n-type. In some embodiments, impurity region 375' and the portion of semiconductor structure 390 immediately adjacent to impurity region 375' may have the same conductivity type (e.g., both p-type), but the concentration of dopant in impurity region 375' may be higher than that of the portion of semiconductor structure 390 immediately adjacent to impurity region 375'.
図1A~図1C、図2、及び図3は、凹所領域360がソース・アクセス領域抵抗領域382に形成されている実施例を示しているが、本開示はそれに限定されない。図4A~図4Eは、ドレイン・アクセス領域抵抗領域386(図1A参照)に凹所領域360’を組み込む例示的な実施例の断面図である。前に説明された図面のものと実質的に同じ図4A~図4Eの説明は省略する。 While Figures 1A-1C, 2, and 3 illustrate an embodiment in which recessed region 360 is formed in source access region resistor region 382, the present disclosure is not so limited. Figures 4A-4E are cross-sectional views of an exemplary embodiment incorporating recessed region 360' in drain access region resistor region 386 (see Figure 1A). A description of Figures 4A-4E, which are substantially identical to those in previously described figures, will be omitted.
図4Aを参照すると、半導体デバイス400は、ドレイン・アクセス領域(DAR)の少なくとも一部と垂直方向で重なり合うようにドレイン・アクセス領域抵抗領域386に配置された凹所領域360’を含んでよい。凹所領域360’の結果、ドレイン・アクセス領域(DAR)における(例えば、凹所領域360’の上の)半導体構造390の第2の深さD2’は、ソース・アクセス領域(SAR)における半導体構造390の第1の深さD1’よりも大きくてよい。凹所領域360’の寸法(例えば、長さ又は深さ)は、凹所領域360に関して図1Aにおいて本明細書で説明されたものと類似であってよい。 Referring to FIG. 4A , the semiconductor device 400 may include a recessed region 360' disposed in the drain access region resistor region 386 to vertically overlap at least a portion of the drain access region (DAR). As a result of the recessed region 360', a second depth D2' of the semiconductor structure 390 in the drain access region (DAR) (e.g., above the recessed region 360') may be greater than a first depth D1' of the semiconductor structure 390 in the source access region (SAR). The dimensions (e.g., length or depth) of the recessed region 360' may be similar to those described herein in FIG. 1A with respect to the recessed region 360.
図1Aに説明された半導体デバイス300のように、凹所領域360’の結果としての半導体構造390の厚さの差は、デバイスの電荷蓄積に影響し得る。例えば、凹所領域360’の結果、第2の空乏領域344における空乏は、第1の空乏領域342のものよりも低くてよく、半導体デバイス300’の抵抗が低減され得る。 As with the semiconductor device 300 illustrated in FIG. 1A, the difference in thickness of the semiconductor structure 390 as a result of the recessed region 360' can affect the charge storage of the device. For example, as a result of the recessed region 360', the depletion in the second depletion region 344 may be lower than that in the first depletion region 342, and the resistance of the semiconductor device 300' may be reduced.
図4Aに示されているように、ドレイン・コンタクト305とドレイン領域205との間に境界面305Aが存在してよい。幾つかの実施例において、凹所領域360’は、ドレイン・コンタクト305とドレイン領域205との間の境界面305Aと垂直方向で(例えば、Z方向において)重なり合わないように配置されてよい。しかしながら、本開示の実施例は、凹所領域360’がドレイン・コンタクト305と重なり合わないこのような実施例に限定されない。幾つかの実施例において、凹所領域360’の一部は、ドレイン・コンタクト305とドレイン領域205との間の境界面305Aと垂直方向で重なり合ってよい(例えば、Z方向で重なり合っている)。 As shown in FIG. 4A , an interface 305A may exist between the drain contact 305 and the drain region 205. In some embodiments, the recessed region 360' may be positioned so as not to overlap the interface 305A between the drain contact 305 and the drain region 205 in the vertical direction (e.g., in the Z direction). However, embodiments of the present disclosure are not limited to such embodiments in which the recessed region 360' does not overlap the drain contact 305. In some embodiments, a portion of the recessed region 360' may overlap the interface 305A between the drain contact 305 and the drain region 205 in the vertical direction (e.g., overlap in the Z direction).
図4Bは、不純物領域475が基板322に形成されている半導体デバイス400’を示す。幾つかの実施例において、不純物領域475は、凹所領域360’を形成するトレンチの側壁のうちの1つ又は複数に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域475は、不純物領域475が凹所領域360’の下に配置されるように基板322により深く形成されてよい。 Figure 4B shows a semiconductor device 400' in which an impurity region 475 is formed in the substrate 322. In some embodiments, the impurity region 475 may be formed in one or more of the sidewalls of the trench forming the recessed region 360'. In some embodiments, the impurity region 475 may be formed deeper in the substrate 322 such that the impurity region 475 is disposed below the recessed region 360'.
幾つかの実施例において、不純物領域475は、p型材料から形成されてよい。例えば、不純物領域475は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料のドーピング(例えば、イオン注入)によって形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域475は、基板322の上面322Aに対して垂直な変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域475は、完全な活性領域を横切って横方向に延びていなくてよい。例えば、不純物領域475は、ドレイン・コンタクト305、ソース・コンタクト315及び/又はゲート・コンタクト310のうちの1つ又は複数と垂直方向で重なり合わなくてよい。 In some embodiments, impurity region 475 may be formed from a p-type material. For example, impurity region 475 may be formed by doping (e.g., ion implantation) with aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, impurity region 475 may be configured to have a varying doping and/or implantation profile perpendicular to top surface 322A of substrate 322. In some embodiments, impurity region 475 may not extend laterally across the entire active region. For example, impurity region 475 may not vertically overlap one or more of drain contact 305, source contact 315, and/or gate contact 310.
図4Cは、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス400’’を示す断面図である。図4Cを参照すると、幾つかの実施例において、不純物領域475’は、凹所領域360’内で半導体構造390に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域475’は、凹所領域360’を形成するトレンチの底面及び/又は側面のうちの1つ又は複数に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域475’は、凹所領域360’を完全に充填してよいが、本開示はそれに限定されない。不純物領域475’は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料を含んでよい。幾つかの実施例において、不純物領域475’は、凹所領域360’内で、垂直方向又は横方向に、変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。 Figure 4C is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device 400' according to some embodiments of the present disclosure. Referring to Figure 4C, in some embodiments, an impurity region 475' may be formed in the semiconductor structure 390 within the recessed region 360'. In some embodiments, the impurity region 475' may be formed on one or more of the bottom and/or side surfaces of the trench forming the recessed region 360'. In some embodiments, the impurity region 475' may completely fill the recessed region 360', although the present disclosure is not limited thereto. The impurity region 475' may include aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, the impurity region 475' may be configured to have a doping and/or implantation profile that varies vertically or laterally within the recessed region 360'.
図4D及び図4Eは、凹所領域360’の例示的な実施例を示す平面図である。図4A~図4Cは、図4D及び図4Eにおける線A-Aに沿った断面図に対応する。 Figures 4D and 4E are plan views showing an exemplary embodiment of recessed region 360'. Figures 4A-4C correspond to cross-sectional views taken along line A-A in Figures 4D and 4E.
図4Dを参照すると、凹所領域360’は、幾つかの実施例において、ソース・コンタクト315、ドレイン・コンタクト305及び/又はゲート・コンタクト310の長手方向軸線に対して平行な(例えば、Y方向の)ドレイン・アクセス領域における長手方向軸線を有する連続的なトレンチとして延びていてよい。凹所領域360’は、ドレイン・コンタクト305の長さの大部分、例えば、80%超に沿って延びていてよい。幾つかの実施例において、(例えば、図4Dにおけるy方向における)凹所領域360’の長さは、ドレイン・コンタクト305の長さよりも大きくてよい。例えば、幾つかの実施例において、凹所領域360’の終点のうちの1つ又は複数は、ドレイン・コンタクト305の反対側の終点を超えて延びていてよい。 Referring to FIG. 4D , recessed region 360' may, in some embodiments, extend as a continuous trench with its longitudinal axis in the drain access region parallel (e.g., in the Y direction) to the longitudinal axes of source contact 315, drain contact 305, and/or gate contact 310. Recessed region 360' may extend along a majority of the length of drain contact 305, e.g., greater than 80%. In some embodiments, the length of recessed region 360' (e.g., in the y direction in FIG. 4D ) may be greater than the length of drain contact 305. For example, in some embodiments, one or more of the endpoints of recessed region 360' may extend beyond the opposite endpoint of drain contact 305.
図4Eは、複数の凹所領域360’がドレイン・コンタクト305に対して実質的に平行な方向(例えば、図4EにおけるY方向)に沿って配置された複数のトレンチとして形成されてよい追加的な実施例を示す。ドレイン・アクセス領域(DAR)において、複数の凹所領域360’は、第4の距離D4だけ互いに間隔を空けられていてよい。幾つかの実施例において、第4の距離D4は、0.5μm~7μmであってよい。 Figure 4E shows an additional embodiment in which the recessed regions 360' may be formed as multiple trenches arranged along a direction substantially parallel to the drain contact 305 (e.g., the Y direction in Figure 4E). In the drain access region (DAR), the recessed regions 360' may be spaced apart from one another by a fourth distance D4. In some embodiments, the fourth distance D4 may be between 0.5 μm and 7 μm.
図5A~図5Eは、ゲート・コンタクト抵抗領域384(図1A参照)において凹所領域360’’を組み込んだ例示的な実施例の断面図である。前に説明された要素と実質的に同じである図5A~図5Eの要素の説明は省略する。 Figures 5A-5E are cross-sectional views of an exemplary embodiment incorporating recessed region 360'' in gate contact resistor region 384 (see Figure 1A). Descriptions of elements in Figures 5A-5E that are substantially similar to previously described elements are omitted.
図5Aを参照すると、半導体デバイス500は、ゲート・コンタクト310の少なくとも一部と垂直方向で重なり合うようにゲート・コンタクト抵抗領域384に配置された凹所領域360’’を含む。凹所領域360’’の結果、ゲート・コンタクト310の下の(例えば、凹所領域360’’の上の)半導体構造390の第5の深さD5は、ソース・アクセス領域(SAR)における半導体構造390の第1の深さD1’’及びドレイン・アクセス領域(DAR)における半導体構造390の第2の深さD2’’よりも大きくてよい。 Referring to FIG. 5A , the semiconductor device 500 includes a recessed region 360″ disposed in the gate contact resistance region 384 to vertically overlap at least a portion of the gate contact 310. As a result of the recessed region 360″, a fifth depth D5 of the semiconductor structure 390 below the gate contact 310 (e.g., above the recessed region 360″) may be greater than a first depth D1″ of the semiconductor structure 390 in the source access region (SAR) and a second depth D2″ of the semiconductor structure 390 in the drain access region (DAR).
凹所領域360’’の結果としての半導体構造390の厚さの差は、半導体デバイス300’’のしきい値電圧を変化させ得る。例えば、凹所領域360’’の深さ及び/又は幅を変化させることによって、半導体デバイス300’’のしきい値電圧は、このような凹所領域360’’を有さない同様に構成された半導体デバイスのしきい値電圧とは異なってよい。本開示は、動作の特定の理論に拘束されないが、変更されたしきい値電圧は、デバイスにおける変更された電荷蓄積によるものであってよく、より厚い領域における変更されたキャリア濃度の結果であってよい。例えば、より集中したキャリア分布が、凹所領域360’’において生じてよい。幾つかの実施例において、凹所領域360’’の存在は、このような凹所領域360’’を有さないトランジスタ・デバイスのしきい値電圧と比較して、結果として生じる半導体デバイス500のしきい値電圧を増大させ得る。 The difference in thickness of the semiconductor structure 390 as a result of the recessed regions 360" may alter the threshold voltage of the semiconductor device 300". For example, by varying the depth and/or width of the recessed regions 360", the threshold voltage of the semiconductor device 300" may differ from the threshold voltage of a similarly configured semiconductor device without such recessed regions 360". While this disclosure is not bound by a particular theory of operation, the altered threshold voltage may be due to altered charge storage in the device or may be the result of an altered carrier concentration in the thicker regions. For example, a more concentrated carrier distribution may occur in the recessed regions 360". In some embodiments, the presence of the recessed regions 360" may increase the threshold voltage of the resulting semiconductor device 500 compared to the threshold voltage of a transistor device without such recessed regions 360".
図5Bは、不純物領域575が基板322に形成されている半導体デバイス500’を示す。幾つかの実施例において、不純物領域575は、凹所領域360’’を形成するトレンチの側壁のうちの1つ又は複数に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域575は、不純物領域575が凹所領域360’’の下に配置されるように基板322においてより深く形成されてよい。 FIG. 5B shows a semiconductor device 500' in which impurity regions 575 are formed in the substrate 322. In some embodiments, the impurity regions 575 may be formed in one or more of the sidewalls of the trenches forming the recessed regions 360". In some embodiments, the impurity regions 575 may be formed deeper in the substrate 322 such that the impurity regions 575 are disposed below the recessed regions 360".
幾つかの実施例において、不純物領域575は、p型材料から形成されてよい。例えば、不純物領域575は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料のドーピング(例えば、イオン注入)によって形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域575は、基板322の上面322Aに対して垂直な変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域575は、完全な活性領域を横切って横方向に延びていなくてよい。例えば、不純物領域575は、ドレイン・コンタクト305、ソース・コンタクト315及び/又はゲート・コンタクト310のうちの1つ又は複数と垂直方向で重なり合わなくてよい。 In some embodiments, the impurity region 575 may be formed from a p-type material. For example, the impurity region 575 may be formed by doping (e.g., ion implantation) with aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, the impurity region 575 may be configured to have a varying doping and/or implantation profile perpendicular to the top surface 322A of the substrate 322. In some embodiments, the impurity region 575 may not extend laterally across the entire active region. For example, the impurity region 575 may not vertically overlap one or more of the drain contact 305, the source contact 315, and/or the gate contact 310.
図5Cは、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス500’’を示す断面図である。図5Cを参照すると、幾つかの実施例において、不純物領域575’は、凹所領域360’’内で半導体構造390に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域575’は、凹所領域360’’を形成するトレンチの底面及び/又は側壁のうちの1つ又は複数に形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域575’は、凹所領域360’’を完全に充填してよいが、本開示はそれに限定されない。不純物領域575’は、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、又はp型層を形成し得るあらゆるその他の材料を含んでよい。幾つかの実施例において、不純物領域575’は、凹所領域360’’内で、垂直方向又は横方向に、変化するドーピング及び/又は注入プロフィルを有するように構成されてよい。 5C is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device 500" according to some embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 5C, in some embodiments, an impurity region 575' may be formed in the semiconductor structure 390 within the recessed region 360". In some embodiments, the impurity region 575' may be formed in one or more of the bottom and/or sidewalls of the trench forming the recessed region 360". In some embodiments, the impurity region 575' may completely fill the recessed region 360", although the present disclosure is not limited thereto. The impurity region 575' may include aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), or any other material capable of forming a p-type layer. In some embodiments, the impurity region 575' may be configured to have a doping and/or implantation profile that varies vertically or laterally within the recessed region 360".
図5D及び図5Eは、凹所領域360’’の例示的な実施例を示す平面図である。図5A~図5Cは、図5D及び図5Eにおける線A-Aに沿って見た断面に対応する。 Figures 5D and 5E are plan views showing an exemplary embodiment of recessed region 360''. Figures 5A-5C correspond to cross sections taken along line A-A in Figures 5D and 5E.
図5Dを参照すると、凹所領域360’’は、幾つかの実施例において、ゲート・コンタクト310の下の、ゲート・コンタクト310の長手方向軸線(例えば、図5DにおけるY方向)に対して平行な連続的なトレンチとして延びていてよい。凹所領域360’’は、ゲート・コンタクト310の大部分(例えば、80%超)に沿って延びていてよい。幾つかの実施例において、(例えば、Y方向における)凹所領域360’’の長さは、ゲート・コンタクト310の長さよりも大きくてよい。例えば、幾つかの実施例において、凹所領域360’’の終点のうちの1つ又は複数は、ゲート・コンタクト310の反対側の端部を超えて延びていてよい。 Referring to FIG. 5D , recessed region 360″, in some embodiments, may extend as a continuous trench beneath gate contact 310 and parallel to the longitudinal axis of gate contact 310 (e.g., the Y direction in FIG. 5D ). Recessed region 360″ may extend along a majority (e.g., greater than 80%) of gate contact 310. In some embodiments, the length of recessed region 360″ (e.g., in the Y direction) may be greater than the length of gate contact 310. For example, in some embodiments, one or more of the endpoints of recessed region 360″ may extend beyond the opposite end of gate contact 310.
図5Eは、複数の凹所領域360’’が、ゲート・コンタクト310に対して実質的に平行な方向(例えば、図5EにおけるY方向)に沿って配置された複数のトレンチとして形成されてよい追加的な実施例を示す。複数の凹所領域360’’は、第6の距離D6だけ互いに間隔を空けられていてよい。幾つかの実施例において、第6の距離D6は、0.5μm~7μmであってよい。 Figure 5E shows an additional embodiment in which the recessed regions 360'' may be formed as trenches arranged along a direction substantially parallel to the gate contact 310 (e.g., the Y direction in Figure 5E). The recessed regions 360'' may be spaced apart from one another by a sixth distance D6. In some embodiments, the sixth distance D6 may be between 0.5 μm and 7 μm.
幾つかの実施例において、ゲート・コンタクト310の下の凹所領域360’’は、半導体デバイスの全てのユニット・トランジスタ・セルではなく、幾つかのユニット・トランジスタ・セルに設けられてよい。前述のように、ゲート・コンタクト310の下の凹所領域360’’の存在は、デバイスの電圧しきい値を増大させ得る。第1のしきい値電圧を有する幾つかのユニット・セル・トランジスタと、第1のしきい値電圧とは異なる第2の閾値電圧を有する幾つかのユニット・セル・トランジスタとを提供することは、異なるタイプの半導体挙動の構成を可能にし得る。例えば、デバイスの異なる領域において異なるしきい値電圧を有するように半導体デバイスを設計することにより、半導体デバイスのチャネルの異なる部分(例えば、HEMTデバイスにおける2DEGチャネル)は、ゲート電圧の印加に応答して異なる度数又はレベルにおいてオンになり得る。言い換えれば、半導体デバイスの異なるユニット・セルのチャネルは、異なるレベルの電流においてオンになり得る。幾つかの実施例において、例えば、窒化ガリウムベースの半導体などの広バンドギャップ半導体材料システムに形成された半導体デバイスは、全てのユニット・セルがほぼ同時にオンになる迅速ターン・オン挙動を示し得る。三次相互コンダクタンスはターン・オンにおいてピークになる傾向があるので、このような材料システムに形成されたマルチ・セル半導体デバイスは、デバイスのターン・オンにおいて三次相互コンダクタンスにおける大きなスパイクを生じ得る。なぜならば、ユニット・セルが同時にターン・オンするからである。デバイスの異なる部分が異なるしきい値電圧を有するようにしきい値電圧を変化させることにより、あらゆる与えられた時間にチャネルがターン・オンされる程度は、デバイスを横断して変化する。これは、結果として、例えば、三次相互コンダクタンスにおけるスパイクの大きさの減少を生じ得る。半導体デバイス内でしきい値電圧を変化させるための技術は、例えば、2021年6月21日に出願された、共同所有された米国特許第10,615,273号に説明されており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。 In some embodiments, recessed regions 360" below the gate contact 310 may be provided in some, but not all, unit transistor cells of a semiconductor device. As previously discussed, the presence of recessed regions 360" below the gate contact 310 may increase the voltage threshold of the device. Providing some unit cell transistors with a first threshold voltage and some unit cell transistors with a second threshold voltage that is different from the first threshold voltage may enable the configuration of different types of semiconductor behavior. For example, by designing a semiconductor device to have different threshold voltages in different regions of the device, different portions of the channel of the semiconductor device (e.g., the 2DEG channel in a HEMT device) may turn on at different degrees or levels in response to the application of a gate voltage. In other words, the channels of different unit cells of the semiconductor device may turn on at different levels of current. In some embodiments, a semiconductor device formed in a wide bandgap semiconductor material system, such as a gallium nitride-based semiconductor, may exhibit rapid turn-on behavior, in which all unit cells turn on at approximately the same time. Because tertiary transconductance tends to peak at turn-on, multi-cell semiconductor devices formed in such material systems can experience large spikes in tertiary transconductance at device turn-on because the unit cells turn on simultaneously. By varying the threshold voltage so that different portions of the device have different threshold voltages, the degree to which the channel is turned on at any given time varies across the device. This can result, for example, in a reduction in the magnitude of the spike in tertiary transconductance. Techniques for varying threshold voltages in semiconductor devices are described, for example, in commonly owned U.S. Patent No. 10,615,273, filed June 21, 2021, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
図6A~図6Cは、本開示の幾つかの実施例による、凹所領域360’’の変化態様を利用する実施例を示す。図6Aは、本開示の幾つかの実施例による半導体デバイス600の平面図であるのに対し、図6Bは、線B-B及びB’-B’に沿って見た図6Aの半導体デバイス600の断面図である。図6Cは、図6Aの半導体デバイス600の概略的な回路図である。前に説明された図6A~図6Cの要素の説明は省略する。 Figures 6A-6C illustrate embodiments utilizing variations of recessed region 360'' according to some embodiments of the present disclosure. Figure 6A is a plan view of a semiconductor device 600 according to some embodiments of the present disclosure, while Figure 6B is a cross-sectional view of semiconductor device 600 of Figure 6A taken along lines B-B and B'-B'. Figure 6C is a schematic circuit diagram of semiconductor device 600 of Figure 6A. Descriptions of elements in Figures 6A-6C previously described will be omitted.
図6Aを参照すると、図5Dのものと類似の半導体デバイス600の平面図が示されている。即ち、複数のゲート・コンタクト310、ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305は、さらに基板322上に配置された半導体構造390上に配置されてよい。半導体デバイス600は、並列に電気的に接続された複数のユニット・セル・トランジスタTC_A、TC_Bを含んでよい。幾つかの実施例において、並列接続は、ゲート・コンタクト310のそれぞれに接続されたゲート・バス345と、ドレイン・コンタクト305のそれぞれに接続されたドレイン・バス347とによって達成されてよい。ゲート・コンタクト310のそれぞれは、ユニット・セル・トランジスタTC_A、TC_Bの一部であってよい。図6A~図6Cには、ユニット・セル・トランジスタのサブセットのみが示されているが、追加のユニット・セル・トランジスタが存在し得ることが理解されるであろう。 Referring to FIG. 6A, a plan view of a semiconductor device 600 similar to that of FIG. 5D is shown. That is, multiple gate contacts 310, source contacts 315, and drain contacts 305 may be disposed on a semiconductor structure 390 that is further disposed on a substrate 322. The semiconductor device 600 may include multiple unit cell transistors TC_A, TC_B electrically connected in parallel. In some embodiments, the parallel connection may be achieved by a gate bus 345 connected to each of the gate contacts 310 and a drain bus 347 connected to each of the drain contacts 305. Each of the gate contacts 310 may be part of a unit cell transistor TC_A, TC_B. While only a subset of the unit cell transistors is shown in FIGS. 6A-6C, it will be understood that additional unit cell transistors may be present.
図6A~図6Bを参照すると、第1のユニット・セル・トランジスタTC_Aは、ゲート・コンタクト310の下で基板322に凹所領域360’’を有するゲート・コンタクト310を組み込んでいてよい。凹所領域360’’の存在は、第1の電圧しきい値VTH-Aを有する第1のユニット・セル・トランジスタTC_Aを生じてよい。 6A-6B, a first unit cell transistor TC_A may incorporate a gate contact 310 having a recessed region 360'' in the substrate 322 below the gate contact 310. The presence of the recessed region 360'' may result in the first unit cell transistor TC_A having a first voltage threshold V TH-A .
半導体デバイス600の第2のユニット・セル・トランジスタTC_Bはゲート・コンタクト310を組み込んでよいが、ゲート・コンタクト310の下に凹所領域を有さなくてよい。その結果、第2のユニット・セル・トランジスタTC_Bは、第1の電圧しきい値VTH-Aとは異なる第2の電圧しきい値VTH-Bを有する。 The second unit cell transistor TC_B of the semiconductor device 600 may incorporate the gate contact 310, but may not have a recessed region below the gate contact 310. As a result, the second unit cell transistor TC_B has a second voltage threshold V TH-B that is different from the first voltage threshold V TH-A .
図6Aにおいて、第1のユニット・セル・トランジスタTC_A及び第2のユニット・セル・トランジスタTC_Bの数は単なる一例であり、本開示の実施例はそれに限定されない。第1及び第2のユニット・セル・トランジスタTC_A、TC_Bの構成は、図6Cに示されているように、異なる電圧しきい値を有するユニット・セル・トランジスタの並列接続を生じてよい。様々なユニット・セル・トランジスタの並列接続の結果、デバイスの異なる部分は、異なる印加されたゲート電圧においてターン・オンしてよく、改良された線形性を提供する。 In FIG. 6A, the number of first unit cell transistors TC_A and second unit cell transistors TC_B is merely an example, and embodiments of the present disclosure are not limited thereto. The configuration of the first and second unit cell transistors TC_A, TC_B may result in a parallel connection of unit cell transistors having different voltage thresholds, as shown in FIG. 6C. As a result of the parallel connection of various unit cell transistors, different portions of the device may turn on at different applied gate voltages, providing improved linearity.
図6Aは、凹所領域360’’が連続的なトレンチとして組み込まれている実施例を示しているが、本発明の実施例はこれに限定されない。幾つかの実施例において、凹所領域360’’は、図5Eと類似の形式において、一連の分離されたトレンチとして提供されてよい。 While FIG. 6A illustrates an embodiment in which recessed region 360'' is implemented as a continuous trench, embodiments of the present invention are not limited in this respect. In some embodiments, recessed region 360'' may be provided as a series of separated trenches in a manner similar to FIG. 5E.
前の図面は、凹所領域360、360’、360’’が、ソース・アクセス領域において、ドレイン・アクセス領域において、又はゲート・コンタクトの下に設けられる実施例を示しているが、本開示の実施例はそれに限定されない。幾つかの実施例において、前に示された凹所領域360、360’、360’’のうちの2つ以上が組み合わされてよい。例えば、半導体デバイスは、ソース・アクセス領域の下の凹所領域360及びドレイン・アクセス領域の下の凹所領域360’、又は本明細書に説明された凹所領域360、360’、360’’のその他の組合せを含んでよい。 While the previous figures show embodiments in which recessed regions 360, 360', 360" are provided in the source access region, in the drain access region, or under the gate contact, embodiments of the present disclosure are not so limited. In some embodiments, two or more of the previously shown recessed regions 360, 360', 360" may be combined. For example, a semiconductor device may include a recessed region 360 under the source access region and a recessed region 360' under the drain access region, or other combinations of recessed regions 360, 360', 360" described herein.
前の図面は、半導体構造390の一部として組み込まれた基板322における凹所領域360、360’、360’’の使用における変化態様を示している。当業者によって理解されるように、凹所領域360、360’、360’’は、本開示の実施例から逸脱することなく、多数の異なる半導体構造に適用されてよい。 The previous figures illustrate variations in the use of recessed regions 360, 360', 360" in substrate 322 incorporated as part of semiconductor structure 390. As will be appreciated by those skilled in the art, recessed regions 360, 360', 360" may be applied to many different semiconductor structures without departing from the embodiments of the present disclosure.
例えば、図7A~図7Cは、本開示の幾つかの実施系他による、HEMTとして実施された半導体デバイス300A、300A’、300A’’の実施例を示す断面図である。図7A~図7Cに示された断面は、図1B又は図1Cの線A-Aに沿って見たものである。図7A~図7Cは、識別及び説明のための構造を表すことが意図されており、構造を物理的スケールで表すことは意図されていない。 For example, Figures 7A-7C are cross-sectional views illustrating examples of semiconductor devices 300A, 300A', and 300A" implemented as HEMTs, according to some embodiments of the present disclosure. The cross-sections shown in Figures 7A-7C are taken along line A-A in Figure 1B or Figure 1C. Figures 7A-7C are intended to depict structures for identification and explanation purposes, and are not intended to depict the structures to physical scale.
図7Aにおける半導体デバイス300Aを参照すると、III族窒化物半導体HEMTのための半導体構造などの半導体構造390が、炭化ケイ素SiC基板又はサファイア基板などの基板322上に形成されていてよい。基板322は、例えば、4Hポリタイプの炭化ケイ素であってよい半絶縁炭化ケイ素(SiC)基板であってよい。その他の炭化ケイ素候補ポリタイプは、3C、6H及び15Rポリタイプを含んでよい。基板は、Cree,Inc.から入手可能な高純度半絶縁(HPSI)基板であってよい。 Referring to semiconductor device 300A in FIG. 7A, a semiconductor structure 390, such as a semiconductor structure for a III-nitride semiconductor HEMT, may be formed on a substrate 322, such as a silicon carbide (SiC) substrate or a sapphire substrate. Substrate 322 may be a semi-insulating silicon carbide (SiC) substrate, which may be, for example, a 4H polytype of silicon carbide. Other candidate silicon carbide polytypes may include the 3C, 6H, and 15R polytypes. The substrate may be a high-purity semi-insulating (HPSI) substrate available from Cree, Inc.
幾つかの実施例において、基板322の炭化ケイ素バルク結晶は、室温で約1×105ohm-cm以上の抵抗率を有してよい。本開示の幾つかの実施例において使用され得る例示的なSiC基板は、例えば、本開示の譲受人であるノースカロライナ州ダーラムのCree,Inc.によって製造されており、このような基板を製造するための方法は、例えば、米国再発行特許出願第Re.34,861号、米国特許第4,946,547号、米国特許第5,200,022号及び米国特許第6,218,680号に記載されており、これらの開示はそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。炭化ケイ素が基板材料として使用されてよいが、本開示の実施例は、サファイア(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミニウムガリウム窒化物(AlGaN)、窒化ガリウム(GaN)、ケイ素(Si)、GaAs、LGO、酸化亜鉛(ZnO)、リン化インジウム(InP)などのあらゆる適切な基板を利用してよい。基板322は、炭化ケイ素ウェハであってよく、HEMTデバイス300Aは、少なくとも部分的に、ウェハレベル・プロセシングを介して形成されてよく、ウェハは、次いで、複数の個々の高電子移動度トランジスタ300Aを提供するためにダイシングされてよい。 In some embodiments, the silicon carbide bulk crystal of substrate 322 may have a resistivity of about 1× 10 ohm-cm or greater at room temperature. Exemplary SiC substrates that may be used in some embodiments of the present disclosure are manufactured, for example, by Cree, Inc. of Durham, North Carolina, the assignee of the present disclosure, and methods for manufacturing such substrates are described, for example, in U.S. Reissue Patent Application No. Re. 34,861, U.S. Pat. No. 4,946,547, U.S. Pat. No. 5,200,022, and U.S. Pat. No. 6,218,680, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties. Although silicon carbide may be used as the substrate material, embodiments of the present disclosure may utilize any suitable substrate, such as sapphire ( Al2O3 ), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), gallium nitride (GaN), silicon (Si), GaAs, LGO, zinc oxide (ZnO), indium phosphide (InP), etc. The substrate 322 may be a silicon carbide wafer, and the HEMT device 300A may be formed, at least in part, via wafer-level processing, and the wafer may then be diced to provide a plurality of individual high electron mobility transistors 300A.
基板322は、下面322B及び上面322Aを有してよい。幾つかの実施例において、HEMTデバイス300Aの基板322は、薄い基板322であってよい。幾つかの実施例において、(例えば、図7Aでの垂直Z方向における)基板322の厚さは、100μm以下であってよい。幾つかの実施例において、基板322の厚さは、75μm以下であってよい。幾つかの実施例において、基板322の厚さは、50μm以下であってよい。 The substrate 322 may have a bottom surface 322B and a top surface 322A. In some embodiments, the substrate 322 of the HEMT device 300A may be a thin substrate 322. In some embodiments, the thickness of the substrate 322 (e.g., in the vertical Z direction in FIG. 7A ) may be 100 μm or less. In some embodiments, the thickness of the substrate 322 may be 75 μm or less. In some embodiments, the thickness of the substrate 322 may be 50 μm or less.
凹所領域360が、基板322に形成されてよい。凹所領域360の特性は、図1Aに関して本明細書に示され且つ説明されたものと類似であってよく、その結果、その重複する説明は省略する。凹所領域360は、図1Bのものと類似の連続的なトレンチとして形成されてよいか又は図1Cのものと類似の一連の分離したトレンチとして形成されてよい。 A recessed region 360 may be formed in the substrate 322. The characteristics of the recessed region 360 may be similar to those shown and described herein with respect to FIG. 1A, and as a result, a redundant description thereof will be omitted. The recessed region 360 may be formed as a continuous trench similar to that of FIG. 1B, or as a series of separate trenches similar to that of FIG. 1C.
チャネル層324は、基板322の上面322A上に(又は本明細書においてさらに説明される選択的な層上に)及び凹所領域360内に形成されており、バリア層326が、チャネル層324の上面に形成されている。チャネル層324及びバリア層326はそれぞれ、幾つかの実施例において、エピタキシャル成長によって形成されてよい。III族窒化物のエピタキシャル成長のための技術は、例えば、米国特許第5,210,051号、米国特許第5,393,993号及び米国特許第5,523,589号に記載されており、これらの開示もその全体が参照により本明細書に組み込まれる。チャネル層324は、バリア層326のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有してよく、チャネル層324は、バリア層326よりも大きな電子親和力も有してよい。チャネル層324及びバリア層326は、III族窒化物ベース材料を含んでよい。幾つかの実施例において、ウェハの厚さ(例えば、基板322、チャネル層324及びバリア層326の厚さ)は、40μm~100μmであってよい。幾つかの実施例において、ウェハ厚さは、40μm~80μmであってよい。幾つかの実施例において、ウェハ厚さは、約75μmであってよい。 The channel layer 324 is formed on the upper surface 322A of the substrate 322 (or on an optional layer described further herein) and in the recessed region 360, and the barrier layer 326 is formed on the upper surface of the channel layer 324. The channel layer 324 and the barrier layer 326 may each be formed by epitaxial growth in some embodiments. Techniques for epitaxial growth of Group III nitrides are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 5,210,051, 5,393,993, and 5,523,589, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties. The channel layer 324 may have a bandgap smaller than that of the barrier layer 326, and the channel layer 324 may also have a greater electron affinity than the barrier layer 326. The channel layer 324 and the barrier layer 326 may comprise a Group III nitride-based material. In some embodiments, the wafer thickness (e.g., the thickness of the substrate 322, the channel layer 324, and the barrier layer 326) may be between 40 μm and 100 μm. In some embodiments, the wafer thickness may be between 40 μm and 80 μm. In some embodiments, the wafer thickness may be approximately 75 μm.
幾つかの実施例において、チャネル層324は、AlxGa1-xNなどのIII族窒化物であってよく、ここで、チャネル層324とバリア層326との間の境界面においてチャネル層324の伝導帯エッジのエネルギがバリア層326の伝導帯エッジのエネルギよりも小さいならば、0≦x<1である。本開示のある実施例において、x=0は、チャネル層324がGaNであることを示す。チャネル層324は、InGaN、AlInGaNなどのその他のIII族窒化物であってもよい。チャネル層324は、ドープされていなくてよく(「意図せずにドープされている」)、約0.002μmよりも大きな厚さに成長させられてよい。チャネル層324は、GaN、AlGaNなどの超格子又は組合せなどの、多層構造であってもよい。チャネル層324は、幾つかの実施例において、圧縮ひずみ下にあってよい。 In some embodiments, the channel layer 324 may be a Group III nitride, such as Al x Ga 1-x N, where 0≦x<1, if the energy of the conduction band edge of the channel layer 324 is less than the energy of the conduction band edge of the barrier layer 326 at the interface between the channel layer 324 and the barrier layer 326. In certain embodiments of the present disclosure, x=0 indicates that the channel layer 324 is GaN. The channel layer 324 may also be other Group III nitrides, such as InGaN, AlInGaN, etc. The channel layer 324 may be undoped (“unintentionally doped”) and grown to a thickness greater than about 0.002 μm. The channel layer 324 may also be a multi-layer structure, such as a superlattice or combination of GaN, AlGaN, etc. The channel layer 324 may be under compressive strain in some embodiments.
チャネル層324の材料は、凹所領域360上又は凹所領域360内にあってよい。幾つかの実施例において、チャネル層324の材料は、凹所領域360を完全に充填してよいが、本開示の実施例はそれに限定されない。 The material of the channel layer 324 may be on or within the recessed region 360. In some embodiments, the material of the channel layer 324 may completely fill the recessed region 360, although embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
幾つかの実施例において、バリア層326は、AlN、AlInN、AlGaN又はAlInGaN若しくはそれらの層の組合せである。バリ層326は、1つの層を含んでよいか又は多層構造であってよい。幾つかの実施例において、バリア層326は、直接チャネル層324上にある薄いAlN層及びその上にある1つのAlGaN又は多数の層であってよい。本開示の特定の実施例において、バリア層326は、十分に厚くてよく、十分に高いアルミニウム(Al)組成と、バリア層326が抵抗接点金属の下に埋め込まれているときに分極効果によってチャネル層324とバリア層326との間の境界面において著しいキャリア濃度を誘発するためのドーピングとを有してよい。バリア層326は、例えば、約0.1nm~約30nmの厚さであってよいが、そこにクラッキング又は実質的な欠陥形成を生じるほど厚くない。幾つかの実施例において、バリア層の厚さは、13~18nmである。ある実施例において、バリア層326は、ドープされていないか又は約1019cm-3未満の濃度にn型ドーパントでドープされている。幾つかの実施例において、バリア層326は、AlxGa1-xNであり、ここで、0<x<1である。特定の実施例において、アルミニウム濃度は、約25%である。しかしながら、本開示のその他の実施例において、バリア層326は、約5%~約100%未満のアルミニウム濃度でAlGaNを含む。本開示の特定の実施例において、アルミニウム濃度は、約10%よりも高い。チャネル層324及び/又はバリア層326は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、又はハイドライド気相成長法(HVPE)によって堆積させられてよい。本明細書において説明されているように、2DEG層が、チャネル層324とバリア層326との間の接合部においてチャネル層324に誘発される。2DEG層は、それぞれソース・コンタクト315とドレイン・コンタクト305との下にあるデバイスのソース領域とドレイン領域との間の伝導を可能にする高伝導性層として作用する。チャネル層324及びバリア層326は、半導体構造390を形成している。 In some embodiments, the barrier layer 326 is AlN, AlInN, AlGaN, or AlInGaN, or a combination of these layers. The barrier layer 326 may include one layer or may be a multi-layer structure. In some embodiments, the barrier layer 326 may be a thin AlN layer directly on the channel layer 324 with one or more AlGaN layers on top of that. In certain embodiments of the present disclosure, the barrier layer 326 may be sufficiently thick and have a sufficiently high aluminum (Al) composition and doping to induce a significant carrier concentration at the interface between the channel layer 324 and the barrier layer 326 through the polarization effect when the barrier layer 326 is buried under the ohmic contact metal. The barrier layer 326 may be, for example, about 0.1 nm to about 30 nm thick, but not so thick as to cause cracking or substantial defect formation therein. In some embodiments, the barrier layer thickness is 13-18 nm. In certain embodiments, the barrier layer 326 is undoped or doped with an n-type dopant to a concentration of less than about 10 19 cm −3 . In some embodiments, the barrier layer 326 is Al x Ga 1-x N, where 0<x<1. In particular embodiments, the aluminum concentration is about 25%. However, in other embodiments of the present disclosure, the barrier layer 326 comprises AlGaN with an aluminum concentration of about 5% to less than about 100%. In certain embodiments of the present disclosure, the aluminum concentration is greater than about 10%. The channel layer 324 and/or the barrier layer 326 may be deposited by, for example, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or hydride vapor phase epitaxy (HVPE). As described herein, a 2DEG layer is induced in the channel layer 324 at the junction between the channel layer 324 and the barrier layer 326. The 2DEG layer acts as a highly conductive layer that allows conduction between the source and drain regions of the device underlying source contact 315 and drain contact 305, respectively. Channel layer 324 and barrier layer 326 form semiconductor structure 390.
半導体構造390は、説明のためにチャネル層324及びバリア層326と共に示されているが、半導体構造390は、チャネル層324と基板322との間のバッファ及び/又は核生成層などの追加的な層/構造/要素、及び/又はバリア層326上のキャップ層を含んでよい。基板、チャネル層、バリア層及びその他の層を含むHEMT構造は、例えば、米国特許第5,192,987号、米国特許第5,296,395号、米国特許第、6,316,793号、米国特許第6,548,333号、米国特許第7,544,963号、米国特許第7,548,112号、米国特許第7,592,211号、米国特許第7,615,774号及び米国特許第7,709,269号に説明されており、これらの開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。例えば、炭化ケイ素基板322とHEMTデバイス300Aの残りとの間に適切な結晶構造遷移を提供するために、基板322の上面322AにAlNバッファ層が形成されてよい。加えて、同一出願人による米国特許第7,030,428号に説明されているようにひずみバランス遷移層が追加的に及び/又は代替的に提供されてよく、その開示は、本明細書に完全に示されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。選択的なバッファ/核生成/遷移層は、MOCVD、MBE及び/又はHVPEによって堆積させられてよい。存在する場合、バッファ/核生成/遷移層の少なくとも一部は凹所領域360内にあってよいが、本開示の実施例はそれに限定されない。 Although the semiconductor structure 390 is shown with the channel layer 324 and the barrier layer 326 for illustrative purposes, the semiconductor structure 390 may include additional layers/structures/elements, such as a buffer and/or nucleation layer between the channel layer 324 and the substrate 322, and/or a cap layer on the barrier layer 326. HEMT structures including substrates, channel layers, barrier layers, and other layers are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 5,192,987, 5,296,395, 6,316,793, 6,548,333, 7,544,963, 7,548,112, 7,592,211, 7,615,774, and 7,709,269, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties. For example, an AlN buffer layer may be formed on the upper surface 322A of the substrate 322 to provide a suitable crystal structure transition between the silicon carbide substrate 322 and the remainder of the HEMT device 300A. In addition, a strain-balancing transition layer may additionally and/or alternatively be provided as described in commonly assigned U.S. Patent No. 7,030,428, the disclosure of which is incorporated herein by reference as if fully set forth herein. The optional buffer/nucleation/transition layer may be deposited by MOCVD, MBE, and/or HVPE. If present, at least a portion of the buffer/nucleation/transition layer may be within the recessed region 360, although embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305は、バリア層326の上面326Aに形成されてよく、互いに横方向に間隔を空けられていてよい。ゲート・コンタクト310は、ソース・コンタクト315とドレイン・コンタクト305との間においてバリア層326の上面236Aに形成されてよい。ゲート・コンタクト310の材料は、バリア層326の組成に基づいて選択されてよく、幾つかの実施例において、ショットキー接触であってよい。例えば、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)、ニッケルシリサイド(NiSix)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、タングステン(W)及び/又はタングステンケイ素窒化物(WSiN)などの、窒化ガリウムベース半導体材料に対してショットキー接触を形成することができる従来の材料が使用されてよい。 The source contact 315 and the drain contact 305 may be formed on the upper surface 326A of the barrier layer 326 and may be laterally spaced apart from one another. The gate contact 310 may be formed on the upper surface 236A of the barrier layer 326 between the source contact 315 and the drain contact 305. The material of the gate contact 310 may be selected based on the composition of the barrier layer 326 and, in some embodiments, may be a Schottky contact. Conventional materials capable of forming a Schottky contact to a gallium nitride-based semiconductor material may be used, such as nickel (Ni), platinum (Pt), nickel silicide (NiSix), copper (Cu), palladium (Pd), chromium (Cr), tungsten (W), and/or tungsten silicon nitride (WSiN).
ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305は、窒化ガリウムベース半導体材料に対して抵抗接点を形成することができる金属を含んでよい。適切な金属は、Ti、W、チタンタングステン(TiW)、ケイ素(Si)、チタンタングステン窒化物(TiWN)、ケイ化タングステン(WSi)、レニウム(Re)、ニオビウム(Nb)、Ni、金(Au)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、NiSix、ケイ化チタン(TiSi)、窒化チタン(TiN)、WSiN、Ptなどの、高融点金属を含んでよい。幾つかの実施例において、ソース・コンタクト315は、抵抗ソース・コンタクト315であってよい。したがって、ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305は、バリア層326と直接接触した抵抗接点部分を含んでよい。幾つかの実施例において、ソース・コンタクト315及び/又はドレイン・コンタクト305は、例えば、同一出願人による米国特許第8,563,372号及び米国特許第9,214,352号に記載されているように提供されてよい抵抗接点を形成するために複数の層から形成されてよく、これらの開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。 The source contact 315 and the drain contact 305 may include a metal capable of forming an ohmic contact to the gallium nitride-based semiconductor material. Suitable metals may include refractory metals such as Ti, W, titanium tungsten (TiW), silicon (Si), titanium tungsten nitride (TiWN), tungsten silicide (WSi), rhenium (Re), niobium (Nb), Ni, gold (Au), aluminum (Al), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), NiSi x , titanium silicide (TiSi), titanium nitride (TiN), WSiN, and Pt. In some embodiments, the source contact 315 may be an ohmic source contact 315. Thus, the source contact 315 and the drain contact 305 may include an ohmic contact portion in direct contact with the barrier layer 326. In some embodiments, the source contact 315 and/or the drain contact 305 may be formed from multiple layers to form an ohmic contact, which may be provided as described, for example, in commonly assigned U.S. Patent Nos. 8,563,372 and 9,214,352, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties.
ソース・コンタクト315は、例えば、接地電圧などの基準信号に結合されてよい。幾つかの実施例において、基準信号への結合は、基板322の下面322Bから基板322を通ってバリア層の上面326Aまで延びるビア(図示せず)によって提供されてよい。バックメタル層335が、基板322の下面322Bに形成されてよい。幾つかの実施例において、バックメタル層335は、(例えば、図7Aに示されていないビアの使用によって)ソース・コンタクト315と直接接触してよい。幾つかの実施例において、バックメタル層335は、追加的な導電性パスを介してソース・コンタクト315に間接的に電気的に接続されてよい。したがって、バックメタル層335と、バックメタル層335に結合された信号とは、ソース・コンタクト315に電気的に接続されてよい。 The source contact 315 may be coupled to a reference signal, such as a ground voltage. In some embodiments, the coupling to the reference signal may be provided by a via (not shown) extending from the lower surface 322B of the substrate 322 through the substrate 322 to the upper surface 326A of the barrier layer. A back metal layer 335 may be formed on the lower surface 322B of the substrate 322. In some embodiments, the back metal layer 335 may be in direct contact with the source contact 315 (e.g., through the use of a via not shown in FIG. 7A ). In some embodiments, the back metal layer 335 may be indirectly electrically connected to the source contact 315 via an additional conductive path. Thus, the back metal layer 335 and the signal coupled to the back metal layer 335 may be electrically connected to the source contact 315.
幾つかの実施例において、凹所領域360は、凹所領域360がソース・コンタクト315と垂直方向で(例えば、図7AにおけるZ方向において)重なり合わないように基板322内に配置されてよい。例えば、凹所領域360は、ソース・コンタクト315とバリア層326との間の境界面315Aと垂直方向で重なり合わなくてよい。幾つかの実施例において、凹所領域360は、ゲート・コンタクト310とバリア層326との間の境界面310Aと垂直方向で重なり合わなくてよい。しかしながら、本開示の実施例は、このような構成に限定されない。幾つかの実施例において、凹所領域360の一部は、ソース・コンタクト315と垂直方向で重なり合ってよい。 In some embodiments, recessed region 360 may be positioned within substrate 322 such that recessed region 360 does not vertically overlap source contact 315 (e.g., in the Z direction in FIG. 7A ). For example, recessed region 360 may not vertically overlap interface 315A between source contact 315 and barrier layer 326. In some embodiments, recessed region 360 may not vertically overlap interface 310A between gate contact 310 and barrier layer 326. However, embodiments of the present disclosure are not limited to such configurations. In some embodiments, a portion of recessed region 360 may vertically overlap source contact 315.
図7Aを参照すると、第1の絶縁層350_1がバリア層326上に形成されてよく、第2の絶縁層350_2が第1の絶縁層350_1上に形成されてよい。幾つかの実施例において、第1の絶縁層350_1及び/又は第2の絶縁層350_2は、窒化ケイ素(SixNy)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化ケイ素(SiO2)及び/又はその他の適切な保護材料を含んでよい。第1の絶縁層350_1の厚さは、ゲート・トゥ・ソース・キャパシタンス及びゲート・トゥ・ドレイン・キャパシタンスに影響する場合があり、これは、半導体デバイス300Aのスイッチング速度に影響する可能性がある。同様に、第2の絶縁層350_2の厚さは、ゲート・トゥ・ドレイン・キャパシタンスに影響する場合があり、これは、半導体デバイス300Aのスイッチング速度及びゲインに影響する可能性がある。 7A , a first insulating layer 350_1 may be formed on the barrier layer 326, and a second insulating layer 350_2 may be formed on the first insulating layer 350_1. In some embodiments, the first insulating layer 350_1 and/or the second insulating layer 350_2 may include silicon nitride (SixNy), aluminum nitride (AlN), silicon dioxide (SiO 2 ), and/or other suitable protective materials. The thickness of the first insulating layer 350_1 may affect the gate-to-source capacitance and the gate-to-drain capacitance, which may affect the switching speed of the semiconductor device 300A. Similarly, the thickness of the second insulating layer 350_2 may affect the gate-to-drain capacitance, which may affect the switching speed and gain of the semiconductor device 300A.
ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305は、第1の絶縁層350_1に形成されてよく、それらのそれぞれの部分は第1の絶縁層350_2の下にあってよい。本発明は、図7Aに示されたゲート・コンタクト310の特定の形状に限定されず、本明細書に説明された実施例から逸脱することなく、ゲート・コンタクト310のその他の形状及び半導体デバイス300Aのその他の要素が可能であることが理解されるであろう。幾つかの実施例において、ゲート・コンタクト310は、ドレイン・コンタクト305よりもソース・コンタクト315に近くてよい。幾つかの実施例において、ゲート・コンタクト310は、T字形ゲート及び/又はガンマ・ゲートとして形成されてよく、その形成は、例えば、米国特許第8,049,252号、米国特許第7,045,404号及び米国特許第8,120,064号に説明されており、それらの開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。第2の絶縁層350_2は、第1の絶縁層350_1の上並びにドレイン・コンタクト305、ゲート・コンタクト310及びソース・コンタクト315の部分の上に形成されてよい。 The source contact 315 and the drain contact 305 may be formed in the first insulating layer 350_1, with respective portions thereof underlying the first insulating layer 350_2. It will be understood that the present invention is not limited to the particular shape of the gate contact 310 shown in FIG. 7A , and other shapes of the gate contact 310 and other elements of the semiconductor device 300A are possible without departing from the embodiments described herein. In some embodiments, the gate contact 310 may be closer to the source contact 315 than to the drain contact 305. In some embodiments, the gate contact 310 may be formed as a T-gate and/or a gamma gate, the formation of which is described, for example, in U.S. Pat. Nos. 8,049,252, 7,045,404, and 8,120,064, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties. A second insulating layer 350_2 may be formed over the first insulating layer 350_1 and over portions of the drain contact 305, gate contact 310, and source contact 315.
フィールド・プレート312が、第2の絶縁層350_2上に形成されてよい。フィールド・プレート312の少なくとも一部は、ゲート・コンタクト310上にあってよい。フィールド・プレート312の少なくとも一部は、ゲート・コンタクト310とドレイン・コンタクト305との間の第2の絶縁層350_2の一部の上にあってよい。フィールド・プレート312は、HEMTデバイス300Aにおけるピーク電界を減じることができ、その結果、降伏電圧の上昇及び電荷トラップの減少を生じることができる。電界の減少は、漏れ電流の減少及び信頼性の向上などのその他の利点も生じることができる。フィールド・プレート及びフィールド・プレートを形成するための技術は、例えば、米国特許第8,120,064号に説明されており、その開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。フィールド・プレート312は選択的であり、幾つかの実施例において、省略されてよい。説明を容易にするために、第1及び第2の絶縁層350_1、350_2並びにフィールド・プレート312は、図1A、図1B及び図1Cには示されていない。 A field plate 312 may be formed on the second insulating layer 350_2. At least a portion of the field plate 312 may be on the gate contact 310. At least a portion of the field plate 312 may be on a portion of the second insulating layer 350_2 between the gate contact 310 and the drain contact 305. The field plate 312 may reduce the peak electric field in the HEMT device 300A, resulting in an increased breakdown voltage and reduced charge trapping. The reduced electric field may also result in other benefits, such as reduced leakage current and improved reliability. Field plates and techniques for forming field plates are described, for example, in U.S. Pat. No. 8,120,064, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. The field plate 312 is optional and may be omitted in some embodiments. For ease of illustration, the first and second insulating layers 350_1, 350_2 and the field plate 312 are not shown in Figures 1A, 1B, and 1C.
HEMTデバイス300Aの凹所領域360の構成は、図7Aのものに限定されない。図7B及び図7Cは、図2及び図3において本明細書で説明されたものと類似の凹所領域360を含むHEMTデバイス300A’、300A’’の実施例を示す。 The configuration of the recessed region 360 of the HEMT device 300A is not limited to that of FIG. 7A. FIGS. 7B and 7C show examples of HEMT devices 300A', 300A'' that include recessed regions 360 similar to those described herein in FIGS. 2 and 3.
図7Bの半導体デバイス300A’を参照すると、凹所領域360を形成するトレンチの底面及び/又は側面のうちの1つ又は複数において基板322に不純物領域375が形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375は、p型になるように(例えば、イオン注入によって)不純物でドープされてよい。不純物領域375の特性は、図2に関して本明細書に示され且つ説明されたものと類似であってよく、その結果、その重複する説明は省略する。 With reference to semiconductor device 300A' of FIG. 7B, impurity regions 375 may be formed in substrate 322 at one or more of the bottom and/or side surfaces of the trenches forming recessed region 360. In some embodiments, impurity regions 375 may be doped with impurities (e.g., by ion implantation) to be p-type. The characteristics of impurity regions 375 may be similar to those shown and described herein with respect to FIG. 2, and as a result, a redundant description thereof will be omitted.
図7Cの半導体デバイス300A’’を参照すると、凹所領域360内のチャネル層324(及び/又は本明細書において説明されたその他の選択的な層)の部分は、不純物領域375’を形成するようにドープされてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’の不純物伝導型は、チャネル層324とは異なってよい。例えば、幾つかの実施例において、不純物領域375’は、p型領域であってよく、チャネル層324は、n型であるようにドープされてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’及びチャネル層324は、同じ伝導型(例えば、両方ともp型)を有してよいが、不純物領域375’内のドーパントの濃度は、チャネル層324のものよりも高くてよい。不純物領域375’の特性は、図3に関して本明細書において示され且つ説明されたものと類似であってよく、その結果、その重複する説明は省略する。 Referring to semiconductor device 300A'' of FIG. 7C, the portion of channel layer 324 (and/or other optional layers described herein) within recessed region 360 may be doped to form impurity region 375'. In some embodiments, the impurity conductivity type of impurity region 375' may be different from that of channel layer 324. For example, in some embodiments, impurity region 375' may be a p-type region, and channel layer 324 may be doped to be n-type. In some embodiments, impurity region 375' and channel layer 324 may have the same conductivity type (e.g., both p-type), but the concentration of dopant in impurity region 375' may be higher than that of channel layer 324. The characteristics of impurity region 375' may be similar to those shown and described herein with respect to FIG. 3, and as a result, a repeated description thereof will be omitted.
図7A~図7Cは、凹所領域360がソース・アクセス領域の下に設けられているHEMTデバイス300A、300A’、300A’’の実施例を示す。しかしながら、本開示の実施例はそれに限定されない。図8A及び図8Bは、本開示の幾つかの実施例による、HEMTとして実施された半導体デバイス400A、500Aの実施例を示す断面図である。図8Aに示された断面は、図4D又は図4Eの線A-Aに沿って見たものである。図8Bに示された断面は、図5D又は図5Eの線A-Aに沿って見たものである。図8A及び図8Bは、識別及び説明のための構造を表すことが意図されており、構造を物理的スケールで表すことは意図されていない。 Figures 7A-7C show examples of HEMT devices 300A, 300A', 300A" in which a recessed region 360 is provided below the source access region. However, embodiments of the present disclosure are not so limited. Figures 8A and 8B show cross-sectional views of examples of semiconductor devices 400A, 500A implemented as HEMTs, according to some embodiments of the present disclosure. The cross-section shown in Figure 8A is taken along line A-A in Figure 4D or Figure 4E. The cross-section shown in Figure 8B is taken along line A-A in Figure 5D or Figure 5E. Figures 8A and 8B are intended to depict structures for identification and explanation purposes and are not intended to depict the structures to physical scale.
例えば、図8Aは、図4A~図4Cのものと類似の形式で凹所領域360’がドレイン・アクセス領域の下に設けられているHEMTデバイス400Aの実施例を示す。凹所領域360’は、図4Dのものと類似の連続的なトレンチとして形成されてよいか又は図4Eのものと類似の一連の分離したトレンチとして形成されてよい。図8Aには示されていないが、HEMT400Aは、図4Bに示されたものなどの不純物領域475又は図4Cに示されたものなどの不純物領域475’も含んでよい。 For example, FIG. 8A shows an embodiment of a HEMT device 400A in which a recessed region 360' is provided below the drain access region in a manner similar to that of FIGS. 4A-4C. The recessed region 360' may be formed as a continuous trench similar to that of FIG. 4D or as a series of separated trenches similar to that of FIG. 4E. Although not shown in FIG. 8A, the HEMT 400A may also include an impurity region 475, such as that shown in FIG. 4B, or an impurity region 475', such as that shown in FIG. 4C.
図8Bは、図5A~図5Cのものと類似の形式で凹所領域360’がドレイン・アクセス領域の下に設けられているHEMTデバイス500Aの実施例を示す。凹所領域360’’は、図5Dのものと類似の連続的なトレンチとして形成されてよいか又は図5Eのものと類似の一連の分離されたトレンチとして形成されてよい。図8Bには示されていないが、HEMTデバイス500Aは、図5Bに示されたものなどの不純物領域575又は図5Cに示されたものなどの不純物領域575’も含んでよい。 Figure 8B shows an embodiment of a HEMT device 500A in which a recessed region 360' is provided below the drain access region in a manner similar to that of Figures 5A-5C. The recessed region 360'' may be formed as a continuous trench similar to that of Figure 5D or as a series of separated trenches similar to that of Figure 5E. Although not shown in Figure 8B, the HEMT device 500A may also include an impurity region 575, such as that shown in Figure 5B, or an impurity region 575', such as that shown in Figure 5C.
図9A~図9Gは、本開示の実施例による、図7AのHEMTデバイス300Aなどの半導体デバイスを製造する方法を示す。図9A~図9Gは、図1Bの線C-Cに沿って見たものである。 Figures 9A-9G illustrate a method of fabricating a semiconductor device, such as HEMT device 300A of Figure 7A, according to an embodiment of the present disclosure. Figures 9A-9G are views along line CC of Figure 1B.
ここで図9Aを参照すると、基板122が提供され、その上に半導体構造が形成されてよい。基板122は、例えば、炭化ケイ素の4Hポリタイプであってよい半絶縁炭化ケイ素(SiC)基板であってよい。その他の炭化ケイ素候補ポリタイプは、3C、6H及び15Rポリタイプを含んでよい。基板122の厚さは、100μm以上であってよい。 Now referring to FIG. 9A, a substrate 122 is provided upon which a semiconductor structure may be formed. The substrate 122 may be, for example, a semi-insulating silicon carbide (SiC) substrate, which may be the 4H polytype of silicon carbide. Other candidate silicon carbide polytypes may include the 3C, 6H, and 15R polytypes. The thickness of the substrate 122 may be 100 μm or greater.
炭化ケイ素は、III族窒化物デバイスのための一般的な基板材料であってよいサファイア(Al2O3)よりもIII族窒化物(チャネル層324及び/又はバリア層326において採用されてよい)に対する著しくより近い結晶格子一致を有する。より近い格子一致は、サファイアにおいて一般的に利用可能であるものよりも高い品質のIII族窒化物膜を生じ得る。炭化ケイ素は、比較的高い熱伝導率も有し、これにより、炭化ケイ素上に形成されたIII族窒化物デバイスの合計出力電力は、サファイア及び/又はケイ素上に形成された類似のデバイスほどは基板の熱放散によって制限されない場合がある。また、半絶縁炭化ケイ素基板は、デバイス分離及び寄生容量の減少を提供し得る。 Silicon carbide has a significantly closer crystal lattice match to Group III nitrides (which may be employed in the channel layer 324 and/or barrier layer 326) than sapphire (Al 2 O 3 ), which may be a common substrate material for Group III nitride devices. The closer lattice match may result in higher quality Group III nitride films than those typically available on sapphire. Silicon carbide also has a relatively high thermal conductivity, such that the total output power of Group III nitride devices formed on silicon carbide may not be limited by the heat dissipation of the substrate as much as similar devices formed on sapphire and/or silicon. Additionally, semi-insulating silicon carbide substrates may provide device isolation and reduced parasitic capacitance.
炭化ケイ素が基板として採用されてよいが、本発明の実施例は、サファイア(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミニウムガリウム窒化物(AlGaN)、窒化ガリウム(GaN)、ケイ素(Si)、GaAs、LGO、酸化亜鉛(ZnO)、LAO、リン化インジウム(InP)などの、基板122のためのあらゆる適切な基板を利用してよい。 Although silicon carbide may be employed as the substrate, embodiments of the present invention may utilize any suitable substrate for substrate 122, such as sapphire ( Al2O3 ), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), gallium nitride (GaN), silicon (Si), GaAs, LGO, zinc oxide (ZnO), LAO, indium phosphide (InP), etc.
選択的なバッファ、核生成及び/又は遷移層(図示せず)も基板122上に提供されてよい。例えば、炭化ケイ素基板とデバイスの残りとの間に適切な結晶構造遷移を提供するために、AlNバッファ層が提供されてよい。加えて、ひずみバランス遷移層も提供されてよい。 Optional buffer, nucleation, and/or transition layers (not shown) may also be provided on the substrate 122. For example, an AlN buffer layer may be provided to provide a suitable crystal structure transition between the silicon carbide substrate and the remainder of the device. In addition, a strain-balancing transition layer may also be provided.
凹所領域360が、基板122の上面に形成されてよい。凹所領域360は、例えば、基板122の上面にマスクを形成し、ソース・アクセス領域の下、ドレイン・アクセス領域の下又は結果として生じるデバイスのゲートの下になることが意図された領域内など、凹所領域360の位置が望まれるところで基板122の上面の部分を露出させるためにマスクをパターニングすることによって提供されてよい。次いで、基板122の上面の露出した部分は、凹所領域360を形成するために、パターニングされたマスクを使用してエッチングされてよい。 Recessed regions 360 may be formed in the upper surface of substrate 122. Recessed regions 360 may be provided, for example, by forming a mask on the upper surface of substrate 122 and patterning the mask to expose portions of the upper surface of substrate 122 where the location of recessed regions 360 is desired, such as beneath a source access region, beneath a drain access region, or in a region intended to be beneath the gate of the resulting device. The exposed portions of the upper surface of substrate 122 may then be etched using the patterned mask to form recessed regions 360.
図9Bを参照すると、基板122上及び凹所領域360内にチャネル層324が提供される。チャネル層324は、上記で説明されているようにバッファ層、遷移層及び/又は核生成層を使用して基板122上に堆積させられてよい。チャネル層324は、圧縮ひずみ下にあってよい。さらに、チャネル層324及び/又はバッファ、核生成及び/又は遷移層は、MOCVD、MBE及び/又はHVPEによって堆積させられてよい。本発明の幾つかの実施例において、チャネル層324は、III族窒化物層であってよい。 Referring to FIG. 9B , a channel layer 324 is provided on the substrate 122 and within the recessed region 360. The channel layer 324 may be deposited on the substrate 122 using buffer, transition, and/or nucleation layers as described above. The channel layer 324 may be under compressive strain. Furthermore, the channel layer 324 and/or the buffer, nucleation, and/or transition layers may be deposited by MOCVD, MBE, and/or HVPE. In some embodiments of the present invention, the channel layer 324 may be a Group III nitride layer.
図9Bを参照すると、バリア層326がチャネル層324上に形成されてよい。バリア層326は、III族窒化物層であってよい。本発明のある実施例において、バリア層326は、高度にドープされたn型層であってよい。例えば、バリア層326は、約1019cm-3未満の濃度にドープされてよい。 9B, a barrier layer 326 may be formed on the channel layer 324. The barrier layer 326 may be a Group III nitride layer. In some embodiments of the present invention, the barrier layer 326 may be a highly doped n-type layer. For example, the barrier layer 326 may be doped to a concentration of less than about 10 19 cm −3 .
本発明の幾つかの実施例において、バリア層326は、バリア層326が抵抗接点金属の下に埋め込まれているときに分極効果によってチャネル層324とバリア層326との間の境界面において著しいキャリア濃度を誘発するのに十分な厚さ、Al組成及び/又はドーピングを有してよい。また、バリア層326は、バリア層326と、その後に形成される第1の保護層との間の境界面に堆積させられるイオン化された不純物によるチャネルにおける電子の散乱を減じる又は最小限にするのに十分な厚さであってよい。 In some embodiments of the present invention, the barrier layer 326 may have a thickness, Al composition, and/or doping sufficient to induce a significant carrier concentration at the interface between the channel layer 324 and the barrier layer 326 due to polarization effects when the barrier layer 326 is buried under an ohmic contact metal. The barrier layer 326 may also be thick enough to reduce or minimize scattering of electrons in the channel by ionized impurities deposited at the interface between the barrier layer 326 and a subsequently formed first protective layer.
幾つかの実施例において、チャネル層324及びバリア層326は、異なる格子定数を有してよい。例えば、バリア層326は、チャネル層324よりも小さな格子定数を有する比較的薄い層であってよく、これにより、バリア層326は、両者の間の境界面において「ストレッチ」する。したがって、疑似形態(pseudomorphic)HEMT(pHEMT)デバイスが提供されてよい。 In some embodiments, the channel layer 324 and the barrier layer 326 may have different lattice constants. For example, the barrier layer 326 may be a relatively thin layer having a smaller lattice constant than the channel layer 324, such that the barrier layer 326 "stretches" at the interface between them. Thus, a pseudomorphic HEMT (pHEMT) device may be provided.
図9Dを参照すると、第1の保護層410がバリア層326上に形成される。第1の保護層410は、窒化ケイ素(SixNy)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化ケイ素(SiO2)及び/又はその他の適切な保護材料などの、誘電材料であってよい。その他の材料も第1の保護層410のために利用されてよい。例えば、第1の保護層410は、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び/又はアルミニウム酸窒化物を含んでもよい。第1の保護層410は、単層であってよい又は均一及び/又は不均一な組成の多数の層を含んでよい。 9D , a first protective layer 410 is formed on the barrier layer 326. The first protective layer 410 may be a dielectric material, such as silicon nitride (SixNy), aluminum nitride (AlN), silicon dioxide ( SiO2 ), and/or other suitable protective materials. Other materials may also be utilized for the first protective layer 410. For example, the first protective layer 410 may include magnesium oxide, scandium oxide, aluminum oxide, and/or aluminum oxynitride. The first protective layer 410 may be a single layer or may include multiple layers of uniform and/or non-uniform composition.
第1の保護層410は、バリア層326上に形成されたブランケットであってよい。例えば、第1の保護層410は、高品質スパッタリング及び/又はプラズマ化学気相成長法(PECVD)によって形成された窒化ケイ素(SiN)層であってよい。第1の保護層410は、抵抗接点のその後のアニールの間、下にあるバリア層326を保護するために十分に厚くてよい。 The first protective layer 410 may be a blanket layer formed on the barrier layer 326. For example, the first protective layer 410 may be a silicon nitride (SiN) layer formed by high-quality sputtering and/or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The first protective layer 410 may be sufficiently thick to protect the underlying barrier layer 326 during subsequent annealing of the ohmic contact.
図9Eを参照すると、第1の保護層410(図9D参照)は、ソース・コンタクト315、ゲート・コンタクト310及びドレイン・コンタクト305のための開口を形成するためにパターニングされてよい。例えば、第1の保護層410は、ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305の配置のためにバリア層326を露出させる窓を形成するようにパターニングされてよい。窓は、パターニングされたマスクと、バリア層326に関して低損傷エッチとを利用してエッチングされてよい。抵抗接点は、バリア層326の露出した部分に形成されてよい。抵抗接点は、ソース・コンタクト315及びドレイン・コンタクト305を提供するためにアニールされてよい。 Referring to FIG. 9E, the first protective layer 410 (see FIG. 9D) may be patterned to form openings for the source contact 315, the gate contact 310, and the drain contact 305. For example, the first protective layer 410 may be patterned to form windows that expose the barrier layer 326 for placement of the source contact 315 and the drain contact 305. The windows may be etched using a patterned mask and a low-damage etch on the barrier layer 326. Ohmic contacts may be formed in the exposed portions of the barrier layer 326. The ohmic contacts may be annealed to provide the source contact 315 and the drain contact 305.
第1の保護層410は、ゲート・コンタクト310を提供するためにパターニングされてもよい。第1の保護層410は、ゲート・コンタクト310の配置のためにバリア層326を露出させる窓を形成するためにエッチングされてよい。ゲート・コンタクト310は、エッチングされた窓内に形成されてよく、バリア層326の露出した部分と接触するように第1の保護層410を貫通して延びていてよい。適切なゲート材料は、バリア層326の組成に依存してよい。しかしながら、ある実施例において、Ni、Pt、NiSix、Cu、Pd、Cr、TaN、W及び/又はWSiNなどの、窒化物ベース半導体材料とのショットキー接触を形成することができる従来の材料が使用されてよい。ゲート・コンタクト310の一部は、第1の保護層410の表面上に延びていてよい。ソース・コンタクト315、ゲート・コンタクト310及びドレイン・コンタクト305の形成は、第1の絶縁層350_1を形成するために図9Dの第1の保護層410のパターニングを生じてよい。 The first protective layer 410 may be patterned to provide the gate contact 310. The first protective layer 410 may be etched to form a window exposing the barrier layer 326 for placement of the gate contact 310. The gate contact 310 may be formed in the etched window and may extend through the first protective layer 410 to contact the exposed portion of the barrier layer 326. The appropriate gate material may depend on the composition of the barrier layer 326. However, in certain embodiments, conventional materials capable of forming a Schottky contact with nitride-based semiconductor materials may be used, such as Ni, Pt, NiSix, Cu, Pd, Cr, TaN, W, and/or WSiN. A portion of the gate contact 310 may extend above the surface of the first protective layer 410. Formation of the source contact 315, gate contact 310, and drain contact 305 may result in patterning of the first protective layer 410 of FIG. 9D to form the first insulating layer 350_1.
ソース・コンタクト315は、図9Eにおいてバリア層326の上面にあるように示されているが、幾つかの実施例において、ソース・コンタクト315、ゲート・コンタクト310及び/又はドレイン・コンタクト305は、バリア層326の上面における凹所内に形成されてよいことが理解されるであろう。 Although the source contact 315 is shown in FIG. 9E as being on top of the barrier layer 326, it will be understood that in some embodiments, the source contact 315, gate contact 310, and/or drain contact 305 may be formed within a recess in the top surface of the barrier layer 326.
図9Fを参照すると、第2の保護層420が、第1の絶縁層350、ソース・コンタクト315、ゲート・コンタクト310及びドレイン・コンタクト305の上に形成されてよい。第2の保護層420は、誘電層であってよい。幾つかの実施例において、第2の保護層420は、第1の絶縁層350_1とは異なる誘電率を有してよい。 Referring to FIG. 9F, a second protective layer 420 may be formed over the first insulating layer 350, the source contact 315, the gate contact 310, and the drain contact 305. The second protective layer 420 may be a dielectric layer. In some embodiments, the second protective layer 420 may have a different dielectric constant than the first insulating layer 350_1.
図9Gを参照すると、フィールド・プレート312が第2の保護層420上に形成されてよい。フィールド・プレート312は、(例えば、図9FのZ方向において)ゲート・コンタクト310と重なり合ってよく、ゲートとドレインとの間の領域(即ち、ゲート-ドレイン領域)上に所定の距離だけ延びていてよい。ゲート・コンタクト310上のフィールド・プレート312の重なり合い及び/又はフィールド・プレート312がゲートードレイン領域上に延びる距離は、最適な結果のために変化させられることができる。幾つかの実施例において、フィールド・プレート312は、ゲート・コンタクト310又はソース・コンタクト315に電気的に接続されることができ、発明から逸脱することなく、図示されたもの以外のフィールド・プレート構造が使用され得ることが理解される。幾つかの実施例において、フィールド・プレート312は省略されてよい。 Referring to FIG. 9G, a field plate 312 may be formed on the second protective layer 420. The field plate 312 may overlap the gate contact 310 (e.g., in the Z direction of FIG. 9F) and may extend a predetermined distance over the region between the gate and drain (i.e., the gate-drain region). The overlap of the field plate 312 on the gate contact 310 and/or the distance the field plate 312 extends over the gate-drain region may be varied for optimal results. In some embodiments, the field plate 312 may be electrically connected to the gate contact 310 or the source contact 315, and it is understood that field plate structures other than those shown may be used without departing from the invention. In some embodiments, the field plate 312 may be omitted.
再び図7Aを参照すると、基板122(図9F参照)は、薄い基板322を形成するように薄化されてよい。幾つかの実施例において、基板322の厚さは、インフィード又はクリープ・フィード研削盤などの研削盤を使用して減じられる。その他の実施例において、基板322の厚さは、研削を伴う又は伴わない、ラッピング、化学的又は反応性イオンエッチング又はこれらのアプローチの組合せを使用して減じられる。さらに他の実施例において、薄化加工により生じ得る基板322への損傷を減じるために基板322の裏側を処理するためにエッチングが使用されてよい。ウェハを薄化する方法は、例えば、同一出願人による米国特許第7,291,529号、米国特許第7,932,111号、米国特許第7,259,402号及び米国特許第8,513,686号に記載されてよい、これらの開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。 7A, the substrate 122 (see FIG. 9F) may be thinned to form a thin substrate 322. In some embodiments, the thickness of the substrate 322 is reduced using a grinder, such as an in-feed or creep feed grinder. In other embodiments, the thickness of the substrate 322 is reduced using lapping, with or without grinding, chemical or reactive ion etching, or a combination of these approaches. In still other embodiments, etching may be used to treat the backside of the substrate 322 to reduce damage to the substrate 322 that may occur during the thinning process. Methods for thinning wafers may be described, for example, in commonly assigned U.S. Patent Nos. 7,291,529, 7,932,111, 7,259,402, and 8,513,686, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties.
本発明による幾つかの実施例において、基板322は、約40μm~約100μmの厚さに薄化される。基板322は、約40μm~約75μmの厚さに薄化される。幾つかの実施例において、基板122の薄化は省略され、基板122は、基板322と有効に同一である。 In some embodiments according to the invention, substrate 322 is thinned to a thickness of about 40 μm to about 100 μm. Substrate 322 is thinned to a thickness of about 40 μm to about 75 μm. In some embodiments, thinning of substrate 122 is omitted, and substrate 122 is effectively identical to substrate 322.
バックメタル層335は、基板322の下面322Bに堆積させられてよい。バックメタル層335は、例えば、チタン、プラチナ及び/又は金などの導電性金属を含んでよい。バックメタル層335は、(例えば、伝導性ビア又はその他の伝導性パスによって)ソース・コンタクト315に電気的に接続されてよい。 A backmetal layer 335 may be deposited on the lower surface 322B of the substrate 322. The backmetal layer 335 may include a conductive metal such as titanium, platinum, and/or gold. The backmetal layer 335 may be electrically connected to the source contact 315 (e.g., by a conductive via or other conductive path).
図10A~図10Dは、本開示の幾つかの実施例による追加的な半導体デバイスを構成するための方法を示す。例えば、図10A及び図10Bは、例えば、図2の半導体デバイス300’を構成するために不純物領域375を形成するための方法を示す。図10Aを参照すると、ドープされた領域1075が基板122に形成されてよい。ドープされた領域1075は、例えば、基板122へのイオン注入によって形成されてよい。幾つかの実施例において、基板122は、n型であってよく、ドープされた領域1075は、p型であるように形成されてよい。 10A-10D illustrate methods for constructing additional semiconductor devices according to some embodiments of the present disclosure. For example, FIGS. 10A and 10B illustrate methods for forming impurity regions 375, for example, to construct semiconductor device 300' of FIG. 2. Referring to FIG. 10A, doped regions 1075 may be formed in substrate 122. Doped regions 1075 may be formed, for example, by ion implantation into substrate 122. In some embodiments, substrate 122 may be n-type, and doped regions 1075 may be formed to be p-type.
図10Bを参照すると、凹所領域360’は、基板122の上面及びドープされた領域1075内に形成されてよい。凹所領域360’は、例えば、基板122の上面にマスクを形成し、結果として生じるデバイスのソース・アクセス領域の下になることが意図された領域内など、凹所領域360’の配置が望まれる基板122の上面及びドープされた領域1075の部分を露出させるためにマスクをパターニングすることによって、提供されてよい。凹所領域360’をエッチングすることは、(例えば、基板122の上面からの)凹所領域360’の深さ及び/又は凹所領域360’の幅がドープされた領域1075のものを超過しないように行われてよい。凹所領域360’のエッチング後、不純物領域375が、凹所領域360’の側壁及び/又は底面に形成されてよい。その後、図9B~図9Gの工程が、凹所領域360’を組み込んだデバイスを形成するために行われてよい。 10B, recessed region 360' may be formed in the upper surface of substrate 122 and doped region 1075. Recessed region 360' may be provided, for example, by forming a mask on the upper surface of substrate 122 and patterning the mask to expose portions of the upper surface of substrate 122 and doped region 1075 where recessed region 360' is desired, such as in an area intended to underlie a source access region of the resulting device. Etching recessed region 360' may be performed such that the depth of recessed region 360' (e.g., from the upper surface of substrate 122) and/or the width of recessed region 360' do not exceed that of doped region 1075. After etching recessed region 360', impurity region 375 may be formed on the sidewalls and/or bottom surface of recessed region 360'. The processes of FIGS. 9B-9G may then be performed to form a device incorporating recessed region 360'.
図10C及び図10Dは、例えば、図3の半導体デバイス300’’を構成するために不純物領域375’を形成するための方法を示す。 Figures 10C and 10D illustrate a method for forming impurity region 375' to construct, for example, semiconductor device 300'' of Figure 3.
図10Cの工程は、図9Aに示された工程の後に行われてよい。図10Cを参照すると、不純物領域375’が、凹所領域360に形成されてよい。例えば、不純物領域375’は、イオン注入によって形成されてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’は、基板122における凹所領域360内に堆積させられてよい。例えば、不純物領域375’は、MOCVD、MBE及び/又はHVPEによって堆積させられてよい。幾つかの実施例において、不純物領域375’は、GaNなどのIII族窒化物層であってよい。不純物領域375’は、その形成後又は形成中に、p型となるようにドープされてよい。 10C may be performed after the step shown in FIG. 9A. Referring to FIG. 10C, impurity region 375' may be formed in recessed region 360. For example, impurity region 375' may be formed by ion implantation. In some embodiments, impurity region 375' may be deposited within recessed region 360 in substrate 122. For example, impurity region 375' may be deposited by MOCVD, MBE, and/or HVPE. In some embodiments, impurity region 375' may be a Group III nitride layer, such as GaN. Impurity region 375' may be doped to be p-type after or during its formation.
図10Dを参照すると、チャネル層324が、基板122及び不純物領域375’上に提供されている。チャネル層324は、上記で説明されているように、バッファ層、遷移層及び/又は核生成層を使用して基板122及び不純物領域375’上に堆積させられてよい。チャネル層324は、圧縮ひずみ下にあってよい。さらに、チャネル層324及び/又はバッファ、核生成及び/又は遷移層は、MOCVD、MBE及び/又はHVPEによって堆積させられてよい。本発明の幾つかの実施例において、チャネル層324は、III族窒化物層であってよい。幾つかの実施例において、チャネル層324の材料は、不純物領域375’のものと同じであってよい。その後、図9C~図9Gの工程が、凹所領域360’を組み込んだデバイスを形成するために行われてよい。 Referring to FIG. 10D, a channel layer 324 is provided on the substrate 122 and the impurity region 375'. The channel layer 324 may be deposited on the substrate 122 and the impurity region 375' using buffer, transition, and/or nucleation layers, as described above. The channel layer 324 may be under compressive strain. Furthermore, the channel layer 324 and/or the buffer, nucleation, and/or transition layers may be deposited by MOCVD, MBE, and/or HVPE. In some embodiments of the present invention, the channel layer 324 may be a Group III nitride layer. In some embodiments, the material of the channel layer 324 may be the same as that of the impurity region 375'. The steps of FIGS. 9C-9G may then be performed to form a device incorporating the recessed region 360'.
図9A~図9G及び図10A~図10Dは、凹所領域360がソース・アクセス領域に形成される実施例を示しているが、本開示の実施例はそれに限定されない。当業者によって理解されるように、図9A~図9G及び図10A~図10Dの方法は、ドレイン・アクセス領域に凹所領域360’を有するデバイス(図4A~図4Eに示されたデバイス400、400’、400’’など)及びゲート・コンタクトの下に凹所領域360’’を有するデバイス(図5A~図5Eに示されたデバイス500、500’、500’’など)を形成するために、同様に準用されてよい。 While Figures 9A-9G and 10A-10D illustrate embodiments in which recessed regions 360 are formed in the source access region, embodiments of the present disclosure are not so limited. As will be understood by those skilled in the art, the methods of Figures 9A-9G and 10A-10D may be similarly applied, mutatis mutandis, to form devices having recessed regions 360' in the drain access region (such as devices 400, 400', and 400" shown in Figures 4A-4E) and devices having recessed regions 360" under the gate contact (such as devices 500, 500', and 500" shown in Figures 5A-5E).
加えて、HEMTデバイス300A、300A’’、300A’’’として具体化された半導体構造が、図9A~図9G及び図10A~図10Dに示されているが、本明細書に説明されている半導体構造390は、その他のタイプの半導体デバイスを用いて提供されてよい。言い換えれば、その他のタイプの半導体デバイスが使用されてよく、凹所領域360を形成する方法は、本開示の範囲から逸脱することなく半導体デバイスに適用されてよい。図11A及び図11Bは、本明細書において説明された凹所領域360、360’、360’’を含むことができる例示的な半導体デバイス300B、300Cを示す。前に説明された図11A及び図11Bの要素の重複する説明は省略する。図11A及び図11Bは、概して、図1B及び図1Cの線A-Aに沿って見たものである。 Additionally, although semiconductor structures embodied as HEMT devices 300A, 300A", 300A"" are shown in Figures 9A-9G and 10A-10D, the semiconductor structure 390 described herein may be provided using other types of semiconductor devices. In other words, other types of semiconductor devices may be used, and the methods for forming recessed regions 360 may be applied to semiconductor devices without departing from the scope of the present disclosure. Figures 11A and 11B show exemplary semiconductor devices 300B and 300C that may include recessed regions 360, 360', 360" described herein. Duplicate descriptions of elements in Figures 11A and 11B previously described will be omitted. Figures 11A and 11B are generally viewed along line A-A in Figures 1B and 1C.
図11Aは、ソース及びドレイン領域215及び205の間の半導体構造390の領域がMESFET300Bの伝導チャネル又はチャネル領域を提供する、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)デバイス300Bを示す。MESFET300Bは、基板322上に形成されてよい。 Figure 11A shows a metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET) device 300B in which the region of semiconductor structure 390 between source and drain regions 215 and 205 provides the conductive channel or channel region of MESFET 300B. MESFET 300B may be formed on a substrate 322.
図11Bは、ソース及びドレイン領域215及び205の間の半導体構造390の領域がMOSFET300Cのチャネル領域を提供し、ゲート・コンタクト310がゲート酸化物層110によってチャネル領域から分離されている、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)デバイス300Cを示す。MOSFET300Cは、基板322上に形成されてよい。 FIG. 11B shows a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) device 300C in which the region of semiconductor structure 390 between source and drain regions 215 and 205 provides the channel region of MOSFET 300C, and gate contact 310 is separated from the channel region by gate oxide layer 110. MOSFET 300C may be formed on a substrate 322.
各半導体デバイス300B、300Cは、基板322において凹所領域360を含んでよい。図11A及び図11Bは、凹所領域360がソース・アクセス領域に形成されている実施例を示しているが、本発明の実施例はこれに限定されない。図11Aの半導体デバイス300B、300Cは、ドレイン・アクセス領域において凹所領域360’を有する(図4A~図4Eに示されたデバイス400、400’、400’’など)及び/又はゲート・コンタクトの下に凹所領域360’’を有する(図5A~図5Eに示されたデバイス500、500’、500’’など)ように具体化されてもよい。 Each semiconductor device 300B, 300C may include a recessed region 360 in the substrate 322. While FIGS. 11A and 11B show an embodiment in which the recessed region 360 is formed in the source access region, embodiments of the present invention are not limited in this respect. The semiconductor devices 300B, 300C of FIG. 11A may also be embodied with a recessed region 360' in the drain access region (such as devices 400, 400', 400" shown in FIGS. 4A-4E) and/or with a recessed region 360" under the gate contact (such as devices 500, 500', 500" shown in FIGS. 5A-5E).
図12A、図12B及び図12Cは、それぞれパッケージングされたトランジスタ・デバイス600A~600Cを提供するために、本開示の実施例による半導体デバイス300Aがパッケージングされ得る複数の例示的な方法を示す、概略的な断面図である。図12A~図12Cは、パッケージングされている図7Aの半導体デバイス300Aを示しているが、本開示の実施例による半導体デバイス300A、300A’、300A’’、300B、300Cのうちのいずれかが、図12A~図12Cに示されたパッケージにパッケージングされ得ることが認められるであろう。 12A, 12B, and 12C are schematic cross-sectional views illustrating several exemplary ways in which semiconductor device 300A according to embodiments of the present disclosure may be packaged to provide packaged transistor devices 600A-600C, respectively. While FIGS. 12A-12C show semiconductor device 300A of FIG. 7A being packaged, it will be appreciated that any of semiconductor devices 300A, 300A', 300A", 300B, and 300C according to embodiments of the present disclosure may be packaged in the packages illustrated in FIGS. 12A-12C.
図12Aは、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aの概略的な側面図である。図12Aに示されているように、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aは、オープン・キャビティ・パッケージ610Aにパッケージングされた半導体デバイス300Aを含む。パッケージ610Aは、金属ゲート・リード622A、金属ドレイン・リード624A、金属サブマウント630、側壁640及びリッド642を含む。 Figure 12A is a schematic side view of a packaged transistor device 600A. As shown in Figure 12A, the packaged transistor device 600A includes a semiconductor device 300A packaged in an open cavity package 610A. The package 610A includes a metal gate lead 622A, a metal drain lead 624A, a metal submount 630, sidewalls 640, and a lid 642.
サブマウント630は、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aの熱管理を補助するように構成された材料を含んでよい。例えば、サブマウント630は、銅及び/又はモリブデンを含んでよい。幾つかの実施例において、サブマウント630は、多数の層から成ってよい及び/又はビア/相互接続を含んでよい。例示的な実施例において、サブマウント630は、そのそれぞれの主面に銅クラッディング層を備えるコア・モリブデン層を含む多層銅/モリブデン/銅金属フランジであってよい。幾つかの実施例において、サブマウント630は、リード・フレーム又は金属スラグの一部である金属ヒート・シンクを含んでよい。側壁640及び/又はリッド642は、幾つかの実施例において絶縁材料から形成されてよい又は絶縁材料を含んでよい。例えば、側壁640及び/又はリッド642は、セラミック材料から形成されてよい又はセラミック材料を含んでよい。幾つかの実施例において、側壁640及び/又はリッド642は、例えば、Al2O3から形成されてよい。リッド642は、エポキシ・グルーを使用して側壁640に接着されてよい。側壁640は、例えば、ろう付けによってサブマウント630に取り付けられてよい。ゲート・リード622A及びドレイン・リード624Aは、側壁640を貫通して延びるように構成されてよいが、本発明の実施例はこれに限定されない。 The submount 630 may include a material configured to aid in thermal management of the packaged transistor device 600A. For example, the submount 630 may include copper and/or molybdenum. In some embodiments, the submount 630 may be comprised of multiple layers and/or may include vias/interconnects. In an exemplary embodiment, the submount 630 may be a multi-layer copper/molybdenum/copper metal flange including a core molybdenum layer with copper cladding layers on each major surface thereof. In some embodiments, the submount 630 may include a metal heat sink that is part of a lead frame or metal slug. The sidewalls 640 and/or the lid 642 may be formed from or include an insulating material in some embodiments. For example, the sidewalls 640 and/or the lid 642 may be formed from or include a ceramic material. In some embodiments, the sidewalls 640 and/or the lid 642 may be formed from, for example, Al2O3 . The lid 642 may be adhered to the sidewall 640 using epoxy glue. The sidewall 640 may be attached to the submount 630 by brazing, for example. The gate lead 622A and the drain lead 624A may be configured to extend through the sidewall 640, although embodiments of the present invention are not limited in this respect.
半導体デバイス300Aは、金属サブマウント630と、セラミック側壁640と、セラミック・リッド642とによって画定された、空気で満たされたキャビティ612内で、金属サブマウント630の上面に取り付けられている。半導体デバイス300のゲート及びドレイン端子632、634は半導体デバイス300Aの上側にあってよいのに対し、ソース端子636は半導体デバイス300Aの下側にあってよい。ソース端子636は、例えば、伝導性ダイ取付け材料(図示せず)を使用して金属サブマウント630に取り付けられてよい。金属サブマウント630は、ソース端子636への電気接続を提供してよく、半導体デバイス300Aにおいて発生した熱を放散させる熱放散構造として働いてもよい。熱は、例えば、ユニット・セル・トランジスタのチャネル領域において比較的高い電流密度が発生される半導体デバイス300Aの上側部分において主に発生される。この熱は、半導体構造390を通じてソース端子636へ、次いで、金属サブマウント630へ伝達され得る。 The semiconductor device 300A is mounted on the top surface of the metal submount 630 within an air-filled cavity 612 defined by the metal submount 630, ceramic sidewalls 640, and ceramic lid 642. The gate and drain terminals 632, 634 of the semiconductor device 300 may be on the top side of the semiconductor device 300A, while the source terminal 636 may be on the bottom side of the semiconductor device 300A. The source terminal 636 may be attached to the metal submount 630 using, for example, a conductive die attach material (not shown). The metal submount 630 may provide an electrical connection to the source terminal 636 and may act as a heat dissipation structure to dissipate heat generated in the semiconductor device 300A. Heat is primarily generated in the top portion of the semiconductor device 300A, where, for example, a relatively high current density is generated in the channel regions of the unit cell transistors. This heat can be transferred through the semiconductor structure 390 to the source terminal 636 and then to the metal submount 630.
入力整合回路650及び/又は出力整合回路652もパッケージ610A内に取り付けられてよい。整合回路650、652は、インピーダンス整合及び/又は高調波終端回路を含んでよい。インピーダンス整合回路は、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aに入力される又はパッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aから出力されるRF信号の基本要素のインピーダンスを、それぞれ半導体デバイス300Aの入力又は出力におけるインピーダンスに整合させるために使用されてよい。高調波終端回路は、半導体デバイス300Aの入力又は出力に存在し得る基本RF信号の高調波を接地するために使用されてよい。2つ以上の入力整合回路650及び/又は出力整合回路652が提供されてよい。図12Aに概略的に示されているように、入力及び出力整合回路650、652は、金属サブマウント630上に取り付けられてよい。ゲート・リード622Aは、1つ又は複数のボンド・ワイヤ654によって入力整合回路650に接続されてよく、入力整合回路650は、1つ又は複数の追加的なボンド・ワイヤ654によって半導体デバイス300Aのゲート端子632に接続されてよい。同様に、ドレイン・リード624Aは、1つ又は複数のボンド・ワイヤ654によって出力整合回路652に接続されてよく、出力整合回路652は、1つ又は複数の追加的なボンド・ワイヤ654によって半導体デバイス300Aのドレイン端子634に接続されてよい。誘導素子であるボンド・うぃあや654は、入力及び/又は出力整合回路650、652の一部を形成してよい。 An input matching circuit 650 and/or an output matching circuit 652 may also be mounted within the package 610A. The matching circuits 650, 652 may include impedance matching and/or harmonic termination circuits. The impedance matching circuit may be used to match the impedance of the fundamental element of the RF signal input to or output from the packaged transistor device 600A to the impedance at the input or output, respectively, of the semiconductor device 300A. The harmonic termination circuit may be used to ground harmonics of the fundamental RF signal that may be present at the input or output of the semiconductor device 300A. Two or more input matching circuits 650 and/or output matching circuits 652 may be provided. As shown schematically in FIG. 12A, the input and output matching circuits 650, 652 may be mounted on a metal submount 630. The gate lead 622A may be connected to an input matching circuit 650 by one or more bond wires 654, which may be connected to the gate terminal 632 of the semiconductor device 300A by one or more additional bond wires 654. Similarly, the drain lead 624A may be connected to an output matching circuit 652 by one or more bond wires 654, which may be connected to the drain terminal 634 of the semiconductor device 300A by one or more additional bond wires 654. The bond wires 654, which are inductive elements, may form part of the input and/or output matching circuits 650, 652.
図12Bは、プリント回路基板ベースのパッケージ610Bにパッケージングされた図7Aの半導体デバイス300Aを含むパッケージングされたトランジスタ・デバイス600Bの概略的な側面図である。パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Bは、パッケージ610Aのゲート及びドレイン・リード622A、624Aがパッケージ610Bにおいてプリント回路基板ベースのリード622B、624Bに置き換えられていることを除き、図12Aのパッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aと非常に類似している。 Figure 12B is a schematic side view of a packaged transistor device 600B that includes the semiconductor device 300A of Figure 7A packaged in a printed circuit board-based package 610B. The packaged transistor device 600B is very similar to the packaged transistor device 600A of Figure 12A, except that the gate and drain leads 622A, 624A of package 610A have been replaced with printed circuit board-based leads 622B, 624B in package 610B.
パッケージ610Bは、サブマウント630、セラミック側壁640、セラミック・リッド642を含み、これらはそれぞれ、上記で説明されたパッケージ610Aの同じ番号の要素と実質的に同じであってよい。パッケージ610Bは、さらに、プリント回路基板620を含む。プリント回路基板620上の伝導性トレースは、金属ゲート・リード622B及び金属ドレイン・リード624Bを形成している。プリント回路基板620は、例えば、導電性グルーによってサブマウント630に取り付けられてよい。プリント回路基板620は中央開口を含み、半導体デバイス300は、サブマウント630上でこの開口内に取り付けられている。パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Bのその他の構成要素は、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aの同じ番号の構成要素と同じであってよく、したがって、それらの更なる説明は省略する。 Package 610B includes a submount 630, a ceramic sidewall 640, and a ceramic lid 642, each of which may be substantially the same as the like-numbered elements of package 610A described above. Package 610B also includes a printed circuit board 620. Conductive traces on the printed circuit board 620 form a metal gate lead 622B and a metal drain lead 624B. The printed circuit board 620 may be attached to the submount 630 by, for example, conductive glue. The printed circuit board 620 includes a central opening, and the semiconductor device 300 is mounted within this opening on the submount 630. The other components of packaged transistor device 600B may be the same as the like-numbered elements of packaged transistor device 600A, and therefore further description thereof will be omitted.
図12Cは、別のパッケージングされたトランジスタ・デバイス600Cの概略的な側面図を示す。パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Cは、異なるパッケージ610Cを含むという点で、パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Aとは異なる。パッケージ610Cは、金属サブマウント630(パッケージ610の同じ番号のサブマウント630と類似又は同一であってよい)並びに金属ゲート及びドレイン・リード622C、624Cを含む。パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Cは、半導体デバイス300A、リード622C、624C及び金属サブマウント630を少なくとも部分的に包囲するプラスチック・オーバーモールド660も含む。パッケージングされたトランジスタ・デバイス600Cのその他の構成要素は、トランジスタ・デバイス600Aの同じ番号の構成要素と同じであってよく、したがって、それらの更なる説明は省略する。 12C shows a schematic side view of another packaged transistor device 600C. Packaged transistor device 600C differs from packaged transistor device 600A in that it includes a different package 610C. Package 610C includes a metal submount 630 (which may be similar or identical to the like-numbered submount 630 of package 610) and metal gate and drain leads 622C, 624C. Packaged transistor device 600C also includes a plastic overmold 660 that at least partially encloses semiconductor device 300A, leads 622C, 624C, and metal submount 630. Other components of packaged transistor device 600C may be the same as the like-numbered components of transistor device 600A, and therefore further description thereof will be omitted.
上記で説明された本発明の様々な実施例は、半導体構造の上面(即ち、基板と接触する面とは反対側の面)上に全てがあるものとしてゲート・コンタクト、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトを示している。この場合、このようなコンタクトは、「トップ・サイド」コンタクトと呼ばれてよい。しかしながら、本発明の実施例による半導体デバイスは、トップ・サイド・ソース、ゲート及びドレイン・コンタクトのみを有することに限定されないことが認められるであろう。例えば、図7Aに関して上記で説明されているように、半導体構造390及び基板322を貫通して延びる導電性ソース・ビア(図示せず)が提供されてよい。これらのソース・ビアは、例えば、トップ・サイド・ソース・コンタクト315を、基板322の下面に提供され得る第1のバックサイド金属層に電気的に接続するために使用されてよい金属めっきされた又は金属で満たされたビア(開口)を含んでよい。第1のバックサイド金属層は、バックサイド・ソース・コンタクトとして働いてよい。 The various embodiments of the present invention described above illustrate the gate, source, and drain contacts as all being on the top surface of the semiconductor structure (i.e., the surface opposite the surface that contacts the substrate). In this case, such contacts may be referred to as "top-side" contacts. However, it will be appreciated that semiconductor devices according to embodiments of the present invention are not limited to having only top-side source, gate, and drain contacts. For example, as described above with respect to FIG. 7A , conductive source vias (not shown) may be provided that extend through the semiconductor structure 390 and the substrate 322. These source vias may include, for example, metal-plated or metal-filled vias (openings) that may be used to electrically connect the top-side source contacts 315 to a first backside metal layer that may be provided on the bottom surface of the substrate 322. The first backside metal layer may serve as the backside source contacts.
その他の実施例において、トップ・サイド・ゲート・コンタクト310を、バックサイド・ゲート・コンタクトとして働いてよい基板322の下面に提供されてよい第2のバックサイド金属パターンに電気的に接続するために、半導体構造390及び基板322を貫通して延びる、ゲート・ビアが提供されてよい、及び/又はドレイン・コンタクト305を、バックサイド・ドレイン・コンタクトとして働いてよい基板322の下面に提供されてよい第3のバックサイド金属パターンに電気的に接続するために、半導体構造390及び基板322を貫通して延びるドレイン・ビアが提供されてよい。バックサイド・ソース、ゲート及び/又はドレイン・コンタクトの使用は、半導体デバイスを外部回路に接続するための便利な方法を提供してよく、例えば、半導体デバイスと外部回路との間のボンド・ワイヤ接続のあらゆる必要性を低減又は排除し得る。 In other embodiments, a gate via may be provided extending through the semiconductor structure 390 and the substrate 322 to electrically connect the top-side gate contact 310 to a second backside metal pattern that may be provided on the underside of the substrate 322, which may serve as a backside gate contact, and/or a drain via may be provided extending through the semiconductor structure 390 and the substrate 322 to electrically connect the drain contact 305 to a third backside metal pattern that may be provided on the underside of the substrate 322, which may serve as a backside drain contact. The use of backside source, gate, and/or drain contacts may provide a convenient method for connecting the semiconductor device to external circuitry, for example, reducing or eliminating any need for bond wire connections between the semiconductor device and external circuitry.
本発明の実施例による半導体デバイスは、バックサイド・ソース、ドレイン及びゲート・コンタクト(及びそれらの関連するビア)のあらゆる組合せを含んでよいことが認められるであろう。例えば、幾つかの実施例において、バックサイド・ソース及びゲート・コンタクト(及びそれらの関連するビア)が提供されてよいのに対し、他の実施例において、バックサイド・ソース及びドレイン・コンタクト(及びそれらの関連するビア)が提供されてよい。さらに他の実施例において、バックサイド・ソース、ゲート及びドレイン・コンタクト(及びそれらの関連するビア)が提供されてよい。その他の組合せが可能である。トップ・サイド・ソース、ゲート及びドレイン・コンタクト305、310、315は、外部ソースからトップ・サイド・ソース、ゲート及びドレイン・コンタクト305、310、315への電気接続を形成することを容易にするボンド・パッド又はその他の構造に接続されてよい又は接続されなくてよい(若しくはボンド・パッド又はその他の構造を含んでよい又は含まなくてよい)ことも認められるであろう。したがって、本発明の実施例による半導体デバイスは、ソース、ゲート及びドレイン・コンタクトのそれぞれのための外部回路に接続するために、トップ・サイドのみ、バックサイドのみ、又はトップ・サイド及びバックサイドの両方のコンタクト構造を有するように構成することができる。 It will be appreciated that semiconductor devices according to embodiments of the present invention may include any combination of backside source, drain, and gate contacts (and their associated vias). For example, in some embodiments, backside source and gate contacts (and their associated vias) may be provided, while in other embodiments, backside source and drain contacts (and their associated vias) may be provided. In still other embodiments, backside source, gate, and drain contacts (and their associated vias) may be provided. Other combinations are possible. It will also be appreciated that the top-side source, gate, and drain contacts 305, 310, 315 may or may not be connected to (or may or may not include) bond pads or other structures that facilitate forming electrical connections from external sources to the top-side source, gate, and drain contacts 305, 310, 315. Thus, semiconductor devices according to embodiments of the present invention can be configured with top-side only, back-side only, or both top-side and back-side contact structures for connecting to external circuitry for each of the source, gate, and drain contacts.
2021年3月24日に出願された米国特許出願第17/211,281号(「’281出願」)は、バックサイド・ソース、ゲート及び/又はドレイン・コンタクトを有するRFトランジスタ増幅器を開示している。’281出願の全ての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。’281出願に開示されたバックサイド及びトップ・サイド・ソース、ゲート及びドレイン・コンタクトの配置のいずれも、本明細書に開示された本発明の実施例による半導体デバイスのいずれかにおいて使用されてよいことが認められるであろう。本発明の実施例による半導体デバイスは、基板が、下にある取付け基板上に取り付けられるように取り付けられてよいか、又は代替的に、トップ・サイド・コンタクトが、下にある取付け基板上に取り付けられるところで、フリップチップ構成で取り付けられてよいことも認められるであろう。 U.S. Patent Application No. 17/211,281 (the "'281 Application"), filed March 24, 2021, discloses an RF transistor amplifier having backside source, gate, and/or drain contacts. The entire contents of the '281 Application are incorporated herein by reference. It will be appreciated that any of the backside and top-side source, gate, and drain contact arrangements disclosed in the '281 Application may be used in any of the semiconductor devices according to embodiments of the invention disclosed herein. It will also be appreciated that semiconductor devices according to embodiments of the invention may be mounted such that the substrate is mounted on an underlying mounting substrate, or alternatively, may be mounted in a flip-chip configuration where the top-side contacts are mounted on an underlying mounting substrate.
様々な要素を説明するために本明細書において第1、第2などの用語が使用される場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでないことが理解されるであろう。これらの用語は、1つの要素を別の要素と区別するだけのために使用されている。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と称することができ、同様に、第2の要素を第1の要素と称することができる。本明細書において使用されているように、「及び/又は」という用語は、関連する列挙されたアイテムのうちの1つ又は複数のあらゆる且つ全ての組合せを含む。 Although terms such as first, second, etc. may be used herein to describe various elements, it will be understood that these elements are not to be limited by these terms. These terms are used only to distinguish one element from another. For example, a first element could be termed a second element, and similarly, a second element could be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
本明細書において使用される用語は、特定の実施例を説明することだけを目的とし、発明の限定であることは意図されていない。本明細書において使用されているように、文脈が明確に別段の指示をしない限り、単数形「a」、「an」及び「the」は、複数形も含むことが意図されている。本明細書において使用されるときの「comprises」、「comprising」、「includes」及び/又は「including」という用語は、言及された特徴、整数、ステップ、工程、要素及び/又は構成要素の存在を明示するが、1つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、工程、要素、構成要素、及び/又はそれらのグループの存在又は追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. It will be further understood that the terms "comprises," "comprising," "includes," and/or "including," as used herein, specify the presence of stated features, integers, steps, processes, elements, and/or components, but do not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, processes, elements, components, and/or groups thereof.
別段の定めがない限り、本明細書において使用される全ての用語(技術用語及び科学用語を含む)は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において使用される用語は、本明細書の文脈及び関連技術におけるそれらの意味と一貫する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的にそうであることが定められない限り、理想化された又は過度に形式的な意味において解釈されないことがさらに理解されるであろう。 Unless otherwise specified, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms used herein should be interpreted as having a meaning consistent with their meaning in the context of the present specification and the relevant art, and it will be further understood that they should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined otherwise herein.
層、領域又は基板などの要素が、別の要素「上に」ある又は「上に」延びていると述べられたとき、その要素は、別の要素の上に直接あるか又は別の要素の上に直接延びていることができ、又は介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素の「上に直接ある」又は「上に直接延びている」と述べられているとき、介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続」又は「結合」されていると述べられているとき、その要素は他の要素に直接に接続又は結合されることができるか又は介在する要素が存在してよいことも理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接に接続されている」又は「直接に結合されている」と述べられているとき、介在する要素は存在しない。 When an element, such as a layer, region, or substrate, is described as being "on" or extending "on" another element, it will be understood that the element can be directly on or extending directly onto the other element, or intervening elements may be present. In contrast, when an element is described as being "directly on" or "extending directly onto" another element, there are no intervening elements. When an element is described as being "connected" or "coupled" to another element, it will also be understood that the element can be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. In contrast, when an element is described as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements.
「下方」又は「上方」又は「上側」又は「下側」又は「水平方向」又は「横方向」又は「垂直方向」などの相対的な用語は、図面に示されているときの別の要素、層又は領域に対する1つの要素、層又は領域の関係を説明するために本明細書において使用される場合がある。これらの用語は、図面に示された向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されていることが理解されるであろう。 Relative terms such as "lower" or "upper" or "upper" or "bottom" or "horizontal" or "lateral" or "vertical" may be used herein to describe the relationship of one element, layer, or region to another element, layer, or region as illustrated in the figures. It will be understood that these terms are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation depicted in the figures.
発明の実施例は、発明の理想化された実施例(及び中間構造)の概略的な説明である断面図に関して本明細書に説明されている。図面における層及び領域の厚さは、分かりやすくするために誇張されている場合がある。加えて、例えば、製造技術及び/又は公差の結果として図示の形状からの逸脱が予想されるべきである。したがって、発明の実施例は、本明細書に示された領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造の結果として生じる形状の逸脱を含むべきである。同様に、製造手順における標準偏差に基づいて寸法のばらつきが予想されることが理解されるであろう。本明細書において使用されているように、別段の定めがない限り、「約」及び/又は「実質的に」は、公称値の10%以内の値を含む。 Embodiments of the invention are described herein with reference to cross-sectional illustrations that are schematic illustrations of idealized embodiments (and intermediate structures) of the invention. The thicknesses of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity. Additionally, deviations from the shapes of the illustrations are to be expected as a result, for example, of manufacturing techniques and/or tolerances. Thus, embodiments of the invention should not be construed as limited to the specific shapes of regions illustrated herein, but are to include deviations in shapes that result, for example, from manufacturing. Similarly, it will be understood that dimensional variations are to be expected based on standard deviations in manufacturing procedures. As used herein, unless otherwise specified, "about" and/or "substantially" include values within 10% of the nominal value.
同じ番号は、全体を通じて同じ要素を示す。したがって、同じ又は類似の番号は、対応する図面において言及又は説明されていないとしても、他の図面に関連して説明される場合がある。また、参照番号によって示されていない要素が、他の図面に関して説明される場合がある。 The same numbers refer to the same elements throughout. Thus, the same or similar numbers may be described with respect to other drawings even if they are not mentioned or described in the corresponding drawing. Also, elements not indicated by a reference number may be described with respect to other drawings.
発明の幾つかの実施例は、層及び/又は領域における多数キャリア濃度を指す、n型又はp型などの導電型を有するものとして特徴づけられる半導体層及び/又は領域に関して説明されている。したがって、N型材料は、負に帯電した電子の多数平衡濃度を有するのに対し、P型材料は、性に帯電したホールの多数平衡濃度を有する。幾つかの材料は、別の層又は領域と比較して多数キャリアの比較的より大きな(「+」)又はより小さな「-」)濃度を示すために、「+」又は「-」によって(N+、N-、P+、P-、N++、N--、P++、P--など)指示されてよい。しかしながら、このような表記は、層又は領域における多数又は少数キャリアの特定の濃度の存在を暗示しない。 Some embodiments of the invention are described in terms of semiconductor layers and/or regions characterized as having a conductivity type, such as n-type or p-type, which refers to the majority carrier concentration in the layer and/or region. Thus, N-type material has a majority equilibrium concentration of negatively charged electrons, while P-type material has a majority equilibrium concentration of positively charged holes. Some materials may be designated by a "+" or "-" (e.g., N+, N-, P+, P-, N++, N--, P++, P--) to indicate a relatively greater ("+") or lesser ("-") concentration of majority carriers compared to another layer or region. However, such designations do not imply the presence of a particular concentration of majority or minority carriers in the layer or region.
図面及び明細書において、発明の典型的な実施例が開示されており、特定の用語が使用されているが、それらの用語は、限定の目的ではなく、一般的且つ説明的な意味で使用されており、発明の範囲は、以下の請求項に示されている。 In the drawings and specification, exemplary embodiments of the invention are disclosed and, although specific terms are used, they are used in a generic and descriptive sense only and not for purposes of limitation, the scope of the invention being indicated in the following claims.
Claims (14)
基板であって、前記基板の上面は凹所領域を備える、基板と、
前記基板上の半導体構造であって、前記半導体構造の一部は前記凹所領域内にある、半導体構造と、
前記半導体構造上のゲート・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びソース・コンタクトと、を備え、
前記凹所領域は、前記基板の底面に対して垂直な方向において、前記ドレイン・コンタクト又は、前記ゲート・コンタクトと前記半導体構造との間の境界面の、どちらも垂直方向で重なり合っていなく、
前記凹所領域内にある前記半導体構造の前記一部は、ドープされていないIII族窒化物層である、半導体デバイス。 A semiconductor device comprising:
a substrate, the top surface of the substrate comprising a recessed region;
a semiconductor structure on the substrate, a portion of the semiconductor structure within the recessed region; and
a gate contact, a drain contact, and a source contact on the semiconductor structure;
the recessed region does not vertically overlap either the drain contact or the interface between the gate contact and the semiconductor structure in a direction perpendicular to the bottom surface of the substrate ;
the portion of the semiconductor structure within the recessed region is an undoped Group III nitride layer.
前記半導体デバイスは、第2のゲート・コンタクトをさらに含み、
前記凹所領域は、前記第1のゲート・コンタクトの下にある、請求項1から4までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。 the gate contact includes a first gate contact;
the semiconductor device further includes a second gate contact;
The semiconductor device of claim 1 , wherein the recessed region underlies the first gate contact.
前記凹所領域は、前記第1の方向に延びる長手方向軸線を有する、請求項7に記載の半導体デバイス。 the first and second gate contacts extend in a first direction on the semiconductor structure;
The semiconductor device of claim 7 , wherein the recessed region has a longitudinal axis extending in the first direction.
前記凹所領域は、前記ゲート・コンタクトの下に配置され且つ前記第1の方向に沿って互いに間隔を空けられた複数の凹所領域を含む、請求項7に記載の半導体デバイス。 the gate contact has a longitudinal axis extending in a first direction;
8. The semiconductor device of claim 7 , wherein the recessed region comprises a plurality of recessed regions disposed below the gate contact and spaced apart from one another along the first direction.
基板であって、前記基板の上面は凹所領域を備える、基板と、
前記基板上の半導体構造であって、前記半導体構造の一部は前記凹所領域内にある、半導体構造と、
前記半導体構造上のゲート・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びソース・コンタクトと、を備え、
前記基板と前記凹所領域内にある前記半導体構造の一部は、ヘテロ接合を形成し、
前記半導体デバイスは、前記ソース・コンタクトの下から前記ドレイン・コンタクトの下まで連続的に延びる二次元電子ガス(2DEG)層が、オン状態で動作中に、前記半導体構造に注入されるように、構成されており、
前記凹所領域は、前記ソース・コンタクト、前記ゲート・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトのうちのいずれかと、垂直方向で重なり合っていなく、
前記凹所領域に側壁及び底面を備える前記基板の一部は、第1の伝導型ドーパントが注入されている、半導体デバイス。 A semiconductor device comprising:
a substrate, the top surface of the substrate comprising a recessed region;
a semiconductor structure on the substrate, a portion of the semiconductor structure within the recessed region; and
a gate contact, a drain contact, and a source contact on the semiconductor structure;
the substrate and the portion of the semiconductor structure within the recessed region form a heterojunction;
the semiconductor device is configured such that a two-dimensional electron gas (2DEG) layer extending continuously from beneath the source contact to beneath the drain contact is injected into the semiconductor structure during operation in an on-state;
the recessed region does not vertically overlap any of the source contact, the gate contact, or the drain contact;
A semiconductor device, wherein a portion of the substrate including the sidewalls and bottom of the recessed region is implanted with a dopant of a first conductivity type.
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